2
1. Anatomia celulei procarioteCelula procariot comparativ cu
celula eucariot are o structur foarte simpl. Celula eucariot posed
organite membranare specializate n realizarea anumitor funcii care
nu au fost depistate n celula procariot.
Pentru celula procariot sunt caracteristice urmtoarele
componente deosebite ca structur i funcie:
( nveliurile celulei : peretele celular
membrana citoplasmatic
capsula
stratul mucos
( Citoplasma i structurile citoplamatice: Citoplasma
genomul bacterian
ribosomii
incluziunile citoplasmatice aparatul fotosintetic (specific
bacteriilor fotosintetice)
sporul
( Anexele celulei procariote: flagelii
pilii
fimbriilenveliurile celulei1.Peretele celular
Celula procariot la exterior este delimitat de un perete celular
bine definit structural i cu consisten rifgid. El este situat n
afara membranei citoplasmatice, la unele specii este acoperit de
capsul sau strat mucos, iar la bacteriile mobile este strbtut de
flageli. Existena peretelui celular la bacterii a fost presupus de
Conn n 1872 n baza:
formei reltiv permanente, a rezistenei la aciunea fctorilor
mediului extern a posibilitii de grupare tipic a celulelor.
La bacteriile colectate din culturi tinere cultivate n condiii
optime, peretele celular ader intim la memebrana citoplasmatic. La
bacteriile colectate din culturi btrne i medii neadecvate cerinelor
lor fiziologice pertele celular este ndeprtat de plasmalem.
Grosimea peretelui celular valiaz n limitele 15 - 35 nm, iar la
aa bacterii ca Lactobacillus acidophilus poate ajunge la 80 nm. La
celulele tinere n faza activ de cretere peretele celular este mai
subire comparativ cu cel al celulelor btrne cu o activitate
fiziologic redus.
n funcie de prezena i particularitile de structur ale peretelui
celualr, Gibbson i Murray (1978) au propus clasificare a
procariotelor n trei categorii:
Firmacutes (lat. firmus tare; cutis piele, nveli): bacterii Gram
pozitive cu perete celular gros, lipsit de membran estern.
Gracilicutes (lat. gracilis subire; cutis piele, nveli): bacterii
Garm-negative cu perete celular subire i cu membran extern n
structura sa. Mollicutes (lat. mollis moale, delicat; cutis piele,
nveli): bacterii lipsite de perete celular care similar bacteriilor
Gram-negative nu accept coloraia dup Gram.
n funcie de structur i compoziia chimic, peretele celular al
procariotelor formeaz trei categorii, care:
au un constituent comul peptidoglicanul; rezult diferit dup
aplicarea coloraiei conform tehnicii Gram; se deosebesc dup
arportul, natura, cantitatea i aranjamentul structural al
proteinelor, polizaharidlor i lipidelor din care este constituit
peretele celular.
Peretele celular la bacteriilor Gram-pozitive
Peretele celular al bacteriilor Gram-pozitive este format
din:
peptidoglican: componentul major (80-90% din greutatea uscat);
proteine; polizaharide. Peptidoglicanul (sin. murein prin analogie
cu denumirea de protein de lat. murus perete) component parietal
comun i caracteristic tuturor bacteriilor cu excepia micoplasmelor,
formelor L, sferoplatilor, protoplatilor i bacteriilor xalofile
extreme. Peptidoglicanul este un heteropolimer compus din dou
componente: glican peptide.
Componenta glicanic: strat uniform cu structura unor lanuri
formate din resturile alternante a dou N-acetilhexozamine
diferite:
N-acetilglucozamine acidul N-acetilmuramic. Lanurile glican nu
nconjoar complet celula bacterian, ci prezint grupri terminale,
care reflect dinamica creterii bacteriilor, precum i rezultatul
aciunii autoleziunilor n cursul biosintezei peretelui celular.
Componenta peptidic prezint un tetrapeptid constituit din
resturile aminoacizilor L-alanil- (-D-glutamil-L-R3- D-alanin.
Restul L-R3 variaz de la o bacteri la alta i poate fi reprezentat
printr-un aminoacid:
( neutru: L-alanina sau L-homoserina;
( dicarboxilic: L-glutamic;
(diaminat: L-lizina, L-ornitina, L-hidroxilizina,
LL-diaminopimelic sau mezodiaminopimelic.
Peptidoglicanul bacteriilor Gram + n esen poate fi prezentat ca
o molecul gigant rigid cu structur tridimensional.
Peptidoglicanul poate fi dezintegrat de lizozim i penicilin.
Lizozimul atac specific legturile glicozidicce (-1,4 constituite
ntre acidul muramic i restul acetilglucozaminin provocnd liza
celulelor n repaos. Penicilina inhib treapta terminal n biosinteza
mureinei formarea punilor peptidice, astfel liznd celulele n faza
activ de cretere.
Punile peptidice ntre lanurile heteropolimerice;
N-acetilglucizamin: N-acidul acetilmuramic; l alanin; glu acid
glutamic; liz lizin; acid diaminopimelini; gli glicin. Sgetile
indic locul de aciune al penicilinei.
Polizaharidele din structura peretelui celular al bacteriilor
Gram+ sunt prezente prin acizii:
( teihoici;
( teihuronici;
( neteihoici;
( polizaharide neutre.
Acizii teihoici (gr. Teichos zid, perete): molecule polimere
lungi, flexibile constituite din 1,5 poli (ribitol-fosfat) i 1,3
poli (glicerol-fosfat).
Ei sunt localizai n:
pertele celular,
membrana plasmatic i
straturile capsulare ale bacteriilor Gram-pozitive.
Se cunosc 3 categorii:
Acizii teihoici parietali: ancorai prin legturi covalente de
stratul peptidoglicanic, sunt localizai la suprafaa celulei. Aceast
categorie nu este tipic tuturor bacteriilor Gram+, formarea i
structura lor fiind dependent de condiiile mediului estern.
Acizii teihuronici: constituii din N-acetilglucozamin i acid
glucuronic legai de uniti dizaharidice repetate. Sunt ancorai de
peretele celular i sunt asociai cu acizii teihoici.
Acizii teihoici membranoi (lipoteihoici): sunt ancorai pe
suprafaa plasmalemei celulare prin legturi covalente cu
lipopolizaharidele membanare. Aceast categorie de acizi teihoici
este cea mai frecvent la bacteriile Gram+, iar sinteza lor nu
depinde de condiiile mediului extern.
Acizii teihoici confer bacteriilor Gram + proprieti
semnificative: Menin la suprafaa celulei cantiti apreciabile de
ioni ai metalelor (preponderent Mg2+) care au un rol imporant n
procesele enzimatice, care se produc la nivelul plasmalemei. Acizii
teihoici parietali colecteaz ionii din mediul extern, iar acizii
lipoteihoici iconduc spre membrana citoplasmatic. Aceast activitate
a acizilor teihoici poate fi confirmat prin faptul c n mediile cu
insuficien de ioni de Mg2+ cantitatea de acizi teihoici crete.
La unele specii ca de exemplu Streptococcus pyogenes acizii
teihoici i teihuronici determin patogenitatea, nhibnd fenomenul de
fagocitoz astfel, protejnd bacteriile de efectul bactericid al
fagocitozei.
Acioneaz ca receptori de fagi i colhicine.Peretele celular la
bacteriilor Gram-negative
Peretele celualr al bacteriilor Gram-negative este constituit
din 3 componente de baz:
1. Spaiul periplasmatic este tipic doar bacteriilor
Gram-negative i constituie spaiul ntre peretele celular i membrana
citoplasmatic. El ncorporeaz proteine ce difer dup structura chimic
i funcie (enzime): fosfataze; proteaze; endonucleaze; detoxicante,
transport; chimioreceptori.n spaiul periplasmatic are loc sinteza
unor molecule care compenseaz diferena de osmolaritate ntre
citoplasma celulei i mediul extern. n cazul cnd celula este plasat
n condiii hiperosmotice n spaiul periplasmatic are lor sinteza unor
molecule care ar crea aceiai osmolaritate ca i n mediul extern,
astfel apa nu va prsi celula.
2. Peptidoglicanul la bacteriile Gram-negative ocup o poziie
medie n structura peretelui celular. El are o grosime de 1,5 3 nm i
constituie 2.4 10% din greutatae absolut uscat a peretelui celular.
Compoziia chimic a peptidoglicanului bacteriilor Gram-negative este
similar peptidoglicanului peretelui celular al bacteriilor
Gram-pozitive. ns, la bacteriile Gram-negative lipsesc acizii
teihoici.
3. Membrana extern. Pertele celular al bacteriilor Gram-negative
are la exterior o membran constituit din fosfolipide,
lipopolizaharide i proteine. Ea poate fi nlturat cu detergni, fenol
i EDTA.
1.Fosfolipidele membranei externe:
(35%) formeaz o ptur intern, lipopolizaharide (50%) formeaz
stratul extern al membranei, iar proteinele (15%) sunt nglobate n
aceste dou straturi.
2.Lipopolizaharidele membranei externe sunt cel mai mult
studiate deoarece confer celulelor bacteriene Gram-negative
particulariti specifice: determin activitatea endotoxic i
patogenitatea, unele propieti antigenice i sensibilitatea la fagi.
Lipopolizaharidele sunt organizate din trei segmente distincte:
componenta lipidic (lipidul A); oligozaharidul (segmentul
central R); polizaharidul (segmentul periferic antigenul sau
polizaharidul O)
Lipidul i oligozaharidul constituie componente stabile din punct
de vdere chimic.
Polizaharidul determin particularitile antigenice ale celulei,
nu este prezent la toate bacteriile i este extem de variabil ca
structur chimic.
Bacteriile care conin polizaharidul O n structura membranei
externe a peretelui celular genereaz colonii cu suprafaa neted de
tip S (smooth). Bacteriile lipsite de acest component genereaz
colonii cu suprafaa rugoas, de tip R.
3. Proteinele membranei externe pot fi clasificate n:
proteine de baz prezint 80% din masa total a proteinelor
membranare. Aceste proteine sunt semnificative n generarea porilot
hidrofili cu diametrul de cca 1 nm prin care se produce difuzia
nespecific a moleculelor cu masa 600-900 Da7. (Da dalton sau
unitatea masei atomare echivalent cu 1,66033x10-27 g).
Prin aceti pori penetreaz membrana extern glucidele,
aminoacizii, oligozaharidele i peptidele de dimensiuni mici.
Proteinele care formeaz pori n membrana extern sunt numit
porine.
proteine secundare sunt reprezentate prin mai multe tipuri de
proteine, iar funcia lor de baz este transportul specific n celul a
substanelor care conin Fe. Metodele de studiu a peretelui
celular
Graie indicelui de refracie mic, peretele celular poate fi pus n
eviden la microscopul fotonic doar prin colorarea difereniat, de
regul coloraia Gram sau la microscopul electronic.
Mecanismul i tehnica coloraiei Gram
Peretele celular poate fi izolat de restul celulei:
pe calea dezintegrrii celulare prin aciunea undelor
ultrasonice
agitare cu perle de sticl,
cu ajutorul tehnicii de microdisecie
prin provocarea unui oc osmotic (inducia plasmolizei sau
deplasmolizei) sau autolizarea celulei.
Evxaminat la microscopul electronic peretele celular izolat
prezint o pung goal care psteaz forma bacterieie de la care
provine. El are o constituie similar unei plase cu ochiuri.
Compararea peretelui celular al bacterilor Gram+ i Gram-
ProprietateaGram-pozitiviGram-negativi
Grosimea peretelui celular20 - 80 nm10 nm
Numrul straturilor peretelui celular13
Coninutul peptidoglicanului80 90 %10 20 %
Acizii teihoici+-
Coninutul lipidelor i lipoproteinelor0 3 %58 %
Coninutul proteinelor0 %9 %
Lipopolizaharidele013 %
Sensibilitatea la penicilin+indiferen
Aciunea lizozimeiprotoplatisferoplati
Semnificaia biologic a peretelui celular bacterian:1. Confer
celulei forma i prentmpin lizarea (distrugerea celulei sub aciunea
presiunii osmotice).
2. Protejeaz celulele bacteriene de aciunea factorilor fizici i
chimici ai mediului;
3. Formeaz conexiuni cu mediul extern: virusuri, celule
bacteriene, celule animale, vegetale i micotice;
4. Atribuie bacteriilor proprieti patogene;
5. Confer celulelor bacteriene sarcin negativ, astfel respinge
moleculele hidrofobe i le atrage pe cele hidrofile;
6. Proteinele care fac parte din componena peretelui
celular:
funcioneaz ca enzime;
- servesc ca adezivi: permit bacteriilor s adere intim la
diferite suprafee pentru a coloniza medii i a prezenta splarea
lor;
- funcioneaz ca invazivi: permit unor bacterii s penetreze
celulele gazdelor;
- confer rezisten unor bacterii la fagocitoz.
Fig. Adeziunea de substrat realizat de peretele celular Funciile
peretelui celular la bacteriile Gram +.
Peptidoglicanul i acizii teihoici sunt cartea de vizit a
bacteriilor Gram+ pentru celulele sistemului imun al
organismului.
Acizii teihoici i componentele peptidoglican formeaz legturi cu
receptorii chimici de pe suprafaa celulelor imune macrofagii. ndat
ce sunt formate conexiunile macrofagii secret citochinine
identificate care prin mecanisme speciale duc la apariia
inflamaiilor.
Funciile peretelui celular la bacteriile Gram -. Prezena
membranei externe confer peretelui celular al bacteriilor Gram-
funcia unei bariere semipermiabile care: nu permit trecerea
(invazia) unor enzime i a unor substane toxice pentru bacterii cum
sunt penicilina G, lizozima;
Proteinele superficiale ale stratului peptidoglicanic la
diferite grupe de bacterii realizeaz urmtoarele funcii:
- creeaz sarcina negativ la suprafaa celulei;
- respinge moleculele hidrofobe;
- unele bacterii G- care populeaz intestinul uman resping
aciunea bilei care solubilizeaz grsimile.
- fiind separat de celula bacterian SLP prezint un endotoxin
bacterian pentru mamifere, care produc o reacie de rspuns te tipul
febrei, modificarea formulei leucocitare, coagularea intravascular,
scderea presiunii arteriale, apariia tumorilor necrotice, n cantiti
sporite are aciune letal.
Procariotele lipsite de peretele celular
Protoplatii i sferoplatii.
Sub aciunea unor factori ai mediului extern este posibil
obinerea bacteriilor lipsite de pertele celular. Bacteriile lipsite
total de pertele celular sunt numite protoplati, iar cele la care
pertele celular se pstreaz parial sferoplati.
Pentru prima dat peretele celualr a fost dezintegrat n urma
aciunii asupra celulelero bacteriene cu lizozim- enzim din grupa
glicozidazelor care se conine n albuul de ou, lichidul lacrimal,
sau n anumite secreii bacteriene.
Lizozima rupe legturile 1,4 glicozidice ale lanului
heteropolipeptidic. n consecin peptidoglicanul este nlturat total
din structura peretelui celular.
Protoplatii prezint celula bacterian lipsit de peretele celular,
provenit de la bacteriile Gram+ care se menin n medii izotonice sau
hipertonice avnd form sferic. Ei pstreaz trsturle activitii vitale
ale celulelor de la care au provenit, dar nu mai este capabil s-i
resintetizeze peretele celular. Deoarece funcia de barier osmotc la
protoplati revine totalmente membranei citoplasmatice, plasmalema
este foarte labil, iar n medii hipotonice protoplastul lizeaz.
Sferoplatii provin de la bacteriile Gram-negative, au o form
sferic i sunt foarte sensibili la presiunea osmotic extern. Ei pot
exista doar n condiii de izoosmoz. n condiii favorabile de existen
protoplatii i sferoplatii manifest activitate metabolic, dar pierd
capacitatea de a se divide.
Formele L. Peretele celular al bacteriilor tinere n faza activ
de cretere poate fi distrus prin aciunea penicilinei. Din celulele
cu pertele celular distrus rezult formele-L (numele l-au primit de
la numele institutului n numele lui Lister). Penicilina inhib
treapta terminal n biosinteza mureinei, n consecin celula crete
neproporional n lungime i lime. Formele-L pot fi de dou tipuri:
reversibile, care pot s revin la starea iniial n momentul nlturrii
peniilinei ireversibile - care nu pot .
Pe medii agarizate formele L ireversibile i pstreaz un anumit
timp viabilitatea, iar n medii hipotonice ele lizeaz.
Micoplasmele prezint un grup de celule mici, procariote lipsite
de perte celular, delimitate numai de membrana citoplasmatic . La
ele lipsa peretelui celular este o trstur determinat genetic.
2. brana citoplpasmaticConinutul celular este separat de
peretele celular prin membrana citoplasmatic component structural
obligatoriu al fiecrei celule. Ruperea ei duce la moarte celulei.
Ea conine de la 815% din substana uscat a celulei. Majotitatea
celulelor procetiote conin numai o singur membran. Celulele
procariotelor fototrofe i heterotrofe conin structuri membranare,
ce se conin n citoplasm numite incluziuni citoplasmatice. Componena
chimic a membranelor.
MCP complex lipo-proteic n care:
proteinele constitue 5075%, lipidele 15 45%. O mic parte de
hidrai de carbon.
De regul lipidele i proteinele constituie 95% din substanele
membranare. Componentul lipidic principal al membranelor bacteriene
constitue fosfolipidele. n membrane se afl o mare cantitate de
glicolipide. Sterinele la majoritatea bacteriilor lipsesc, cu
excepia micoplasmelor i a unor bacterii.De exz. Acholeplasma conine
10-30% de cholesterol, ce este absorbit din mediul extern. Din alte
grupe de lipide n membranele procariotelor au fost depistate
carotenoizi, chinone, hidrai de carbon.Toate lipidele procarootelor
sunt derivai ai glicerolului, ce conin una sau cteva rmie de acizi
grai saturai sau nesaturai. Acizii grai polisaturai la bacterii
lipsesc.(excepie fac cianibacteriile). n membrana celulelor
procariote s-au depistat acizi grai ciclopropanolici, care de regul
nu se ntlnesc n membrana eucariotelor.
Funcia principal a lipidelor meninerea stabilitii mecanice a
membranelor i conferirea ei proprietilor hidrofobe.Proteinele
constitue mai mult de jumtate din masa uscat a membranelor.
Deoarece membranele procariotelor sunt multifuncionale i particip
la nfptuirea diverselor procese fermentative s-a concluzionat c ele
reprezint nite fermeni. . Dup componena aminoacizilor proteinele
membranare nu se deosebesc de alte proteine celulare, cu excepia c
ele conin o cantitate mai mic de cistein. Unele membrane conin
cantiti eseniale de hidrai de carbon, care probabil nu sunt n stare
liber ci intr n componena glicolipidelor i glicoproteinelor.
Structura membranelor.. Lipidele membranare la bacterii formeaz
nite straturi duble, n care capurile hidrofile ale moleculelor sunt
ndreptate spre exterior, iar cozile hidrofobe sunt mplntate n
grosimea membranei. Lanurile hidrailor de carbon ce ader la
capurile hidrofile sunt fixate rigid, iar cele a cozilor ce se afl
la o anumit deprtare sunt flexibile.
La temperaturi biologice lipidele membranelor se afl ntr-o stare
licid-cristalin, ce se caracterizeaz printr-o structur determinat.
La scderea temperaturii ele tre n stare cvazicristalin.
Structura lichid a mebranelor determin o anumit libertate
moleculeor proteice, ceea ce este necesar pentru realizarea
proceselor transportului de electroni i substane prin membrane.
Aceast proprietate determin i marea elasticetate a membranelor: ele
uor ader unele la altele, se ntind, se comprim.Spre deosebire de
lipide proteinele membranare nu posed o anumit organizare
structural. 30-50% de protene posed configuraia de a-spiral,
restul- sub form de ghem. Probabil o parte din proteine este lipsit
de activitate fermentativ i posed funcia doar de meninere a
structurii membranare.
n dependen de repartizarea n membrane i caracterul legturii cu
lipidele proteinele pot fi clasificate n:
integrale
periferice
superficiale
Funciile MC: Funcia de barier. Cu ajutorul unor tranportori
speciali, numii translocaze, prin membrane este nfptuit transportul
selectiv a diverselor molecule organice i neorganice, ionilor.
n ea sunt localizate fermeni, ce catalizeaz etapele finale a
sintezei lipidelor, componenilor peretelui celular i a altor
substane. n transformrile energiei celulare. MCP particip n
replicarea i separarea ulterioar a cromozomului celulei procariote.
Rolul de integrare. Celula este un tot unitar, un rol prioritar n
acest lucru le revine membranei. Funcia de transport. A
substraturilor liposolubile i a oxigenului molecular.Se cunosc 4
tipuri de transport :
Difuzia pasiv Difuzia facilitar Transport activ, Transportul
moleculelor modificate chimic.
Moleculele de ap, a unor gaze ( O2, H2, N2) ahdrailor de carbon,
concentraia crora n mediul extern este mai mare dect n celul, trec
prin membrana citoplasmatic prin intermediul difuziei. Procesul are
loc dup gradientul de concentraie. Trecerea apei prin membrane, ce
supune legilor difuziei a presupus existena n membrane a porilor.
Aceti pori nu au fost vzui la microscopul electronic, dar au fost
cptate date despre ei prin metode indirecte. S-a constatat c
dimensiunile acestor pori sunt foarte mici i ocup o poziie mic din
suprafaa membranei. Majoritatea (dac nu toate) substanele hidrofile
ptrund n celul pe baza funcionrii sistemelor n componena crora intr
transportori speciali (translocaze sau permeaze), deoarece viteza
difuziei acestor substane este foarte mic. Transportorii sunt
substane de natur proteic, localizai n membran i se caracerizeaz
printr-o specificitate de substrat nalt. Ei se leaz cu substratul
modificndui conformaia capt proprietatea de a transporta substratul
de pe o parte a membranei pe alta.
E cunoscut mecanismul cunoscut ca- difuzie facilitat care
necesit pentru transportul membranar prezena translocazelor.
Transportul n acest caz are loc dup gradientul de concentraie i nu
necesut cheltuieli de energie. Acest mecanism nu este pe larg
ntlnit la procariote.
Mecanismul de baz pentru transportul membranar la procariote
reprezint transportul activ, prin intermediul cruia n celul ptrund
molecule i oni contra gradientului de concentraie. Acest proces
decurge cu ajutorul moleculelor transportoare localizate n membran,
care sunt de natur proteic i posed o mare specificitate de
substrat. Dar spre deosebire de difizia facilitat procesul decurge
cu cheltuieli de energie. Prin cile de transport membranar descrise
mai sus substanele ptrund n celul sub form neschimbat. La
procariote sunt cunoscute sisteme de transport cnd substanele
ptrund n celul fiind modoficate chimic. Astfel ptrund n celul prin
membran moleculele de glucoz, n procesul cruia ele se
fosforeleaz.Mezosomii (Fitz . James, 1967) au fost descrii iniial
sub denumiri diferite:
membrane intracitoplasmatice (Hopwoord, 1960), corpi periferici
(Chapman, 1953),
condrioizi (Van Iterson, 1961) sau plasmalemasomi (Edwards,
1963). Greenawalt (1975) consider mesozomii structuri membranoase
intracitoplasmatice,
caracterizate prin trei particulariti definitorii:
deriv din membrana celular ca o invaginare n form de sac sau
pung., care conine corpi membranoi;
pot fi extrai din sacul mezosomal n spaiul dintre membrana
plasmatic i
peretele celular prin agitare, ndeprtarea peretelui celular sau
dup plasmoliz;
sunt asociai fizic i/sau topografic cu replicarea i segregarea
cromosomului,
cu formarea septului de diviziune i cu sporularea.
Structurile membranare care nu ntrunesc aceste condiii trebuie
numite membrane
intracelulare (intracitoplasmatice) sau structuri similare
mezosomilor (.mezosome-like.).
La microscopul electronic apar sub forma unor structuri cu form,
mrime, localizare
i complexitate foarte diferite, n general putnd varia nu numai n
funcie de starea
fiziologic a celulei, ci i de calitatea i natura tehnicilor de
fixare .
Au fost descrise trei tipuri morfologice de mezosomi:
lamelari (formai prin plierea membranei invaginate ntr-un
aranjament n
spiral ncolcit ca un ghem);
veziculari sau saciformi (vezicule aproape sferice);
tubulari (de forma unor tubuoare lungi).
Dup localizare mezosomii pot fi:
septali;
periferici;
nucleari. Mezosomii au caracteristicile structurale ale
membranei plasmatice din care deriv
(structura triplustratificat i grosimea de 7,5 . 8,0 nm).Sunt
mai numeroi i mai bine dezvoltai la bacteriile Gram-pozitive, n
timp ce la
bacteriile Gram-negative sunt relativ mai greu de observat,
fiind n general rudimentari, slab
dezvoltai, mai puini la numr.
Prin expunere n medii hipertonice, mezosomii sunt expluzai n
spaiul dintre
membran i peretele celular sub forma unor filamente, ca un irag
de mrgele, care poate
ajunge la dimensiunea de 20 nm.
Formarea mezosomilor este un proces complex, care ncepe cu
invaginarea
membranei plasmatice i se sfrete cu legarea de genomul
bacterian; are loc n special n zona
n care creterea membranei se face mai repede dect a peretelui
celular, ceea ce are drept
consecin invaginarea acestuia sub forma unor pungi. pline cu
membrane (Rogers, 1970).
.
Nu se cunoate natura stimulilor implicai n invaginare i nici a
celor care determin
modificri de form, localizare i complexitate.
Semnificaia biologic
Mezosomul nu este o structur static ci este un organit influenat
permanent de
dinamica proceselor celulare.
Morfologia mezosomului este influenat de condiiile de prelucrare
premergtoare
examinrii la microscopul electronic (prefixare, calitatea i
natura fixrii chimice etc.), care
afecteaz tipul, forma i poate chiar localizarea n celul.
Unii autori consider mezosomii ca fiind structuri vestigiale sau
redundante, versatile
(instabile) i multifuncionale, neeseniale pentru viabilitatea
bacteriilor, avnd o deosebit
plasticitate structural, ca un rspuns la nevoi specifice,
variate.
Formarea mezosomilor este modalitatea prin care celula bacterian
are posibilitatea
de a-i mri, prin invaginare i pliere, suprafaa membranei
plasmatice, ca rspuns la
condiiile de mediu, de aceea, se consider c nu ar avea funcii
diferite sau suplimentare fa
de cele ale membranei plasmatice.
Rolul mezosomilor n replicarea genomului bacterian a fost
demonstrat pe baze
morfologice, genetice i biochimice. Fiind legat de membrana
plasmatic, ct i de materialul
nuclear are un rol important n controlul replicrii cromosomului
i al plastidelor bacteriene.
Mezosomii particip la reacii de fosforilare, oxidoreducere i
transport de electroni,
care au loc ns cu o pondere mai mic dect n membrana
plasmatic.
Conin fosfataze acide, esteraze etc. i ar putea funciona ca,
organite. subcelulare
degradative, asimilabile funcional cu lizosomii din celulele
eucariote (Revsch, 1972).
Au rol n unele procese secretorii ca, de exemplu, n producerea i
eliberarea unor
exoenzime ca penicilinaza..
Mezosomii ar fi implicai n sinteza nveliurilor celulare, n mod
particular a
membranei plasmatice, a peretelui celular i a septului
transversal care separ celulele dup
diviziune. Tichy i Landman (1969) consider c ar reprezenta o
regiune specializat prin
care, n cursul transformrii genetice, ADN transformat ar ptrunde
n celul.nveliurile extraparietale ale procariotelor
Capsula i stratul mucos
Unele bacterii poart la suprafaa peretelui celular o substan de
natur organic macromolecular cu caracter vscos, gelatinos. Dup unii
autori, proprietatea de a elabora acest start o au toate
bacteriile, dar se manifest regulat doar la unele specii, iar la
restul probabil este prezent o formaiune bine organizat invizibil
cu ajutorul microscoapelor uzuale de cercetare.
Morfologia i ultrastructura capsulei i a stratului mucos: n
funcie de structur, i raporturile sale cu celula bacterian startul
mucoid poate fi prezentat n urmtoarele forme:
Microcapsula cu grosimea 0,2 (m, formeaz un strat foarte fin n
jurul celulei bacteriene, detectabil doar prin metode imunologice
(antigenele de suprafa confer virulen bacteriilor patogene).
Capsula sau macrocapsula a crei grosime depete 0,2 (m, prezint o
formaiune morfologic distinctiv care poate fi pus n eviden prin
metode citologice. Ea nvelete de jur-mprejur celula bacterian sau
poate ncorpora cteva celule. Capsula, spre deosebire de alte
straturi mucozitare extraparietale este strns legat de peretele
celualr. Aceast conexiunea este asigurat de legturile ionice, iar
uneori covalente ntre polizaharide i structurile peretelui
celular.
Studiile de microscopie electronic au demonstrat c la pneumococi
capsula formeaz o reea de polizaharizi pericelular, ondulat, strns
legat de peretele celular. La Klebsiella pneumoniale, capsula are o
grosime de 0,6 0,8 (m i o structur lamelar, constituit din pturi cu
grosimea de 20 25 nm.
Startul mucos este o mas gelatinoas amorf neorganizat dispus n
jurul celulei. Stratul mucos nu este legat de peretele celular, iar
n urma centrifugrii celulele sedimenteaz lipsite de startul mucos
care rmne suspendat n supernatant.
Zoogleia (gr. zoon, animal; gloea substan gelatinoas) un start
mucos care leag prin fibre extracelulare ntr-o singur mas mai multe
celule, astfel constituind colonii mucilaginoase de bacterii. Graie
acestor aglomerri n mediile lichide se formeaz flocoane
macroscopice, care plutesc liber sau se fixeaz pe diferite
suprafee. Teaca prezint un nveli tubular la bacteriilor
filamentoase (Sphaerotilus natans i Leptothrix ochracea). Ea este
constituit din:
heteropolizaharide care conin glucoz, acid glucuronic, galactoz
i fructoz.
Compoziia chimic a capsulei i startului mucos
Structuirle mucoide sunt de natur polizaharidic fiind
constituite din:
homopolizaharide (un singur tip de polizaharid) cum este la
Leuconostoc (glucan) sau la unele speciid de Pseudomonas (levan
polimer de fructoz).
heteropolizaharide, ca la Pseudomonas aeruginosa (polimerid e
D-glucoz, D-galactoz, D-manoz i acid D-glucuronic).
La unele microorganisme (B.anthracis i ali sporogeni aerobi)
capsula este de natur polipeptidic (polimeri ai acidului
D-glutamic).
Uneori compoziia chimic a capsulei permite diferenierea lor
serologic n scop diagnostoc. n conformitate cu acest criteriu au
fost descrise (n baza unor mici diferene din structura chimic a
polizaharidelor capsulare) peste 80 tipuri serologice de
pneumococi.
Semnificaia biologic a capsulei i stratului mucos
Capsula i stratul mucos nu sunt componente absolut necesar
celulei procariote, iar nlturarea lor nu va fi urmat de moartea
celulei. Capsula i stratul mucos prezint structuri care:
protejeaz celula de efectul nociv al desicaiei, datorit
proprietilor de higroscopice;
prezint un rezervor pentru stocarea substanelor nutritive;
protejeaz celulele bacteriilor patogene de aciunea fagilor.
Datorit acestui fapt bacteriile capsulare sunt mai virulente.
Metodele de studiu a capsulei i stratului mucos
Capsula are un indice de refracie foarte apropiat de cel al
mediului, deaceia ea este greu de evideniat prin microscopie
direct. Avnd o afinitate slab fa de colorani ea poate fi pus n
eviden doar n rezultatul colorrii speciale cu mordani. n urma
colorrii cu tu de China capsula va aprea ca o linie incolor pe
fondul ntunecat al preparatului i celulei bacteriene.
Fiind puin opac pentru electroni, capsula nu apare clar sau este
chiar invizibil la microscopul electronic.
Prezena stratului mucos i a capsulei d culturilor pe medii
lichide un caracter vscos, datorit difuzrii in mediu a unora din
substanele capsulare. Coloniile pe mediile solide au un aspect
umed, licios, mucoid i dovedesc o consisten mucoas atunci cnd sunt
ridicate de pe mediu.
Anexele celulei procariote
Glicocalixul a fost descris relativ trziu de Roth i Sutherland,
1969, deoarece este prezent doar la celulele aflate n condiii
naturale, lipsind la celulele cultivate n condiii de laborator.
Acest component celular prezint o mas de filamente
polizaharidice ataate de lipopolizaharidele de la suprafaa
bacteriilor.
Rolul lui de baz const n adeziunea celulelor la suprafaa
diferitor substrate sau constituirea unei colonii bacteriene.
Semnificaia biologic a glicocalixului: determin formarea
coloniilor bacteriene, astfel creend condiii favorabile pentru
nutriie, prin meninerea i concentrarea enzimelor;
creeaz un rezervor de hran pentru bacterii, prin legarea
diferiilor ioni i molecule care provin din mediul extern, sau snt
eliberate prin digestia enzimatic a celulelor moarte din
colonie;
asigur ancorarea bacteriilor de structurile polizaharidice
similare de pe suprafaa celulelor animale sau vegetale;
n cazul bacteriilor patogene, prezena glicocalixului determin un
efect protector, asigurnd fixarea i meninerea celulelor n medii
absolut sterile (de exemplu cile urinare)
bacteriile fixate la suprafaa substratului este mai puin
accesibil pentru bacteriile prdtoare, bacteriofagi, protozoare;
protejeaz celula bacterian de leucocite;
asigur ancorarea bacteriilor ce populeaz apele curgtoare de
substraturile inerte (pietre, resturi de lemn etc.).
II. Citoplasma i structurile citoplasmatice
1. Citoplasama procariotelor (bacteriilor, cianobacteriilor,
actinomicetelor etc.) prezint prin sine un spaiu celular izolat de
membrana celular, care este umplut cu o soluie coloidal
semilichid.
Proprietile fizice. Citoplasma bacteriilor difer dup structur de
cea a celulelor eucariote. Ea nu are organite membranare, este
lipsit de citoschelet i nu are cureni citoplasmatici. Structura
fizic a citoplasmei depinde de vrsta celulelor microbiene,
apartenena de specie i de asemenea de compoziia i calitatea
mediilor nutritive, utilizate pentru cultivarea
microorganismelor.
Citoplasma celulelor tinere, aflate n condiii optime de
cultivare
( este transparent, optic omogen, dens;
(ader intim la membrana citoplasmatic;
( este intens colorabil.
Citoplasma celulelor btrne sau aflate n condiii neadecvate de
cultivare:
( este granular, mai dens (amintete un gel consistent), conine
vacuolele;
(afinitatea tinctorial scade;
(se ndeprteaz de membrana citoplasmatic.
Compoziia chimic a citoplasmei:
a) 70 - 80% ap b) substan de baz sau matrice. Substana de baz a
citoplasmei conine structuri foarte subiri (n limitele 5-20A)
filamentoase de diferite lungimi i granule ce prezint molecule de
proteine, lipide, hidrai de carbon, i acizi nucleici. n fracia
solubil a citoplasmei, de rnd cu compuii cu masa molecular mare, se
conin de asemenea molecule cu masa molecular mic: nucleotide, un ir
de aminoacizi, diverse substane minerale. Prezena diverilor compui
organici n citoplasma celulelor microbiene asigur creterea
densitii. Ea este cu mult mai mare dect densitatea apei i
corespunde densitii glicerinei sau unui sirop vscos.Prezena unei
cantiti sporite de ARN este o trstur specific celulei procariote,
ceea ce explic bazofilia ei intens. La celulele tinere n citoplasma
crora procesele de sintez decurg intens bazofilia este mai pronunat
comparativ cu celulele btrne cu o activitate metabolic redus.2.
Genomul bacterian include:a) aparatul nuclear (nucleoidul) b) i
elementele genetice acsesorii (EGA), numite i extracromozomale sau
elemente AND accesorii, reprezentate prin plasmide, secvene de
inserie (SI), transpozoni(Tn i de unii bacteriofagi).
Aparatul nuclear bacterian
Celula bacterian se caracterizeaz printr-o structur
fizico-chimic specific, fapt care a determinat anumite dificulti n
aplicarea metodelor de studiu ale aparatului nuclear eucariot la
procariote. n consecin au aprut un ir de ipoteze referitoare la
localizarea, precum i structura aparatului nuclear bacterian:
(celula bacteriei reprezint prin sine un nucleu gol fr citoplasm
(Rujicioc, 1904).
(bacteria nu are nucleu sau structuri asemntoare lui (Alekseiev,
1924).
(nucleul const din pri de cromatin, dispersate n citoplasm
(Diubo, 1947, Imenskii, 1940).
(bacteriile posed dou categorii de structuri nucleare: cromozomi
i material nuclear situat dispersat (Robin, 1956).
La etapa actual majoritatea din aceste teorii prezint interes
din punct de vedere istoric.
Natura chimic i organizarea materialului nuclear au fost
stabilite n anul 1966 de savantul australian Keirins cu ajutorul
metodei radioautografice.
S-a constatat c, nucleul bacterian prezint prin sine un cromozom
inelar, care dup compoziia chimic reprezint o molecul gigant de
ADN, care spre deosebire de nucleul eucariotelor nu este izolat de
o membran nuclear.
La procariote, spre deosebire de celulele eucariote, materialul
genetic are o organizare simpl, primitiv: unicul cromozom bacterian
se afl liber n citoplasm, de regul n partea ei central, ne fiind
ncorporat n careva structuri membranare. Structura deosebit a
materialului genetic procariot a cauzat numirea lui cu mai muli
termeni: nucleoid, nucleosom, mterial nuclear, nucleoplasm sau
nucleu prin analogie funcional cu structura similar a celulei
procariote.
Cromozomul bacterian constituie o molecul de AND dublu helical,
circular, nchis covalent (structur notat convenional CCC dup eng.
circular, covalent, closed).
Cromozomul bacterian similar cromozomului viral este format din
ADN pur lipsit de proteine histonice sau cu proteine histonice ca
la cianobacterii.
Organizarea fizic a nucleoidului bacterian
Molecula de ADN a nucleoidului bacterian depete de cca 1000 ori
lungimea linear a celulei, dar ocup doar 20% citoplasm. Nucleoidul
bacterian este mpachetat specific, astfel nct formeaz un corp
cromatic de 1500 ori mai mic dect dimensiunile lui n stare
decompactizat. Pentru a explica mecanismul compactizrii
nucleoidului bacterian au fost propuse cteva modele.
n 1971 Sotnington i Pettijohn n urma izolrii nucleoidului E.Coli
au stabilit ca el este constituit din ADN 80% din greutate, ARN 10%
din greutate i proteine 10% din greutatea total. Fiind tratat cu
ribonucleaz complexul se decompactizeaz. Aceste rezultate
demonstreaz c ARN i revine rolul de baz n procesul de compactizare
a nucleoidului bacterian.
n mod normal bacteriile sunt din punct de vedere genetic
organisme haploide. n cazurile cnd celula primete material nuclear
exogen prin procese de transfer genetic - fenomenul diploidiei este
doar parial i tranzitoriu.
n condiii de repaus bacteriile aflate n culturi staionare sau
vechi posed doar un singur cromozom. n faza de cretere activ
(exponenial sau logaritmic) ele au 2-4 cromozomi, genetic identici,
provenii prin replicarea unui nucleoid parental. Existena
bacteriilor cu mai muli nucleoizi constituie o adaptare a celulei
la desincronizarea ntre ritmul de cretere a celulei i multiplicarea
nucleoidului n perioada activ de cretere: viteza de cretere depete
viteza de multiplicare.
Structura nucleoidului
ADN-ul procariot are structur similar ADN-ului eucariot.
Molecula de ADN poart un numr impuntor de sarcin negativ, deoarece
fiecare rest fosforic conine cte un grup hidroxilic. La eucariote
aceste sarcini sunt neutralizate prin formarea complexelor cu
proteinele histonice. La majoritatea procariotelor nu au fost
depistate proteine histonice, iar sarcinile negative sunt
neutralizate n urma formrii complexelor cu poliamini sau ionii de
Mg+. Cercetrile de ultima or au demostrat c la unele cianobacterii
ct i la arhebacterii au fost puse n eviden proteine histonice.
Coninutul bazelor A+T i G+C n molecula de ADN procariot constituie
o valoare permanent i servete pentru diagnosticarea specific. La
procariote coninutul procentual a GC variaz n limite mari: 23
75%
Semnificaia biologic a nucleoidului bacterian
Nucleoidul bacterian ncorporeaz n sine toat informaia ereditar
necesar pentru decurgerea proceselor vitale celulare.
Metodele de studiu a nucleoidului bacterian
la microscopul fotonic n urma coloraiilor complexe cu ajutorul
microscopului electronic.
Colorarea difereniat a nucleoidului cu utilizarea coloranilor
anilinici se poate realiza doar n urma nlturarrii enzimatice sau
prin hidroliza ARN citoplasmatic. Aceast etap este determinat de
coninutul sporit de ARN n citoplasm care i confer un mediu puternic
alcalofil. Nucleoidul este de asemenea alcalofil. Aceast coinciden
face dificil evidenierea selectiv a nucleoidului. n urma colorrii
diferenaile nucleoidul apare n cmpul de viziune a microscopului
electronic n form de granule sferice sau ovare, halter, bastonae
izolate sau n form de V, filamente axiale etc.
Pe fotografiile electronice ale seciunilor ultrasubiri ale
bacteriilor regiunea nucleului (nucleoidului) este n contact direct
cu citoplasma.
La mrirea n mediu a conecntraiei de NaCl pn la 2% nucleoidul
capt o form globular.
3. Plasmidele
n unele celule bacteriene prin metode radiografice au fost
depistate structuri genetice extracromozomiale, care au fost numite
plasmide. n celul plasmidele pot fi n dou stri ce se exlud
reciproc: autonom/liber, n care plasmidele se replic independent de
replcarea cromozomului, dar sub controlul lui genetic.
integrat/inclus n cromozom n care ei se replic sincronic cu
cromozomul bacterian.
Structura plasmidelor. Similar cromozomului bacterian
plasmidiile prezint molecule de ADN circulare de dimensiuni mai
mici. La unele specii au fost puse n eviden plasmidii liniare.
Dimensiunile unui segment de ADN format din 1000 de perechi de baze
azotatae se exprim prin 1kb (kilobaze). Molecula ADNcromozomial n
mediu constituie 4000 kb, iar molecula de ADN unei plasmide variaz
ntre 1- 200 kb. ntr-o celul bacterian pot fi identificate 1-700
copii a unei plasmidii.
Semnificaia biologic a plasmidelor. Funciile plasmidiilor nu
sunt absolut stabilite. Spre deosebire de cromozomul bacterian,
plasmidiile nu prezint un component obligatoriu a celulei
procariote. Posednd o nalt transmisivitate n procesul schimbului
genetic plasmidiile pot fi pierdute sau acaparate, procese asociate
cu pierderea sau obinerea unor caractere fenotipice. Plasmidele
ofer celulelor bacteriene avantaje, de regul n anumite condiii
nefavorabile pentru dezvoltare, deoarece n genomul lor este
conservat informaia genetic ce asigur viabilitatea celular.
Rezisten la aciunea antibioticelor - plasmide R - codific
proteinele care degradeaz antibioticele. Aceste celule se
caracterizeaz printr-o patogenitate nalt i pot fi cultivate un timp
ndelungat n prezena antiiboticelor, iar bacteriiloe lipsite de
astfel de gene n medii cu antibiotice vor pieri. Aceasta trebuie de
luat n consideraie n practica medicinal la tratarea bolnavilor de
boli infecioase cu antibiotice i preparate chimioterapeutice. Unele
plasmide codific proteinele ce determin virulena bacteriilor. De
exemplu plasmidia Ent P307 a E.coli codific o enterotoxin graie
crei cultura devine patogen. Plasmide X asigur transferul de gene n
procesul conjugrii bacteriilor. Plasmidiile sunt semnificative n
procesul seleciei anumitor forme de bacterii n condiii specifice.
Ele au rol de vectori n transmiterea informaiei genetice n procesul
recombinrilor genetice.
Esena autonomiei plasmidelor
Plasmidele prezint o form a simbiozei, fiind dependente de
majoritatea funciilor vitale ale celulei-gazd. Individualitatea
fizic a plasmidelor se manifest doar n realizarea a aa funcii ca
replicarea i distribuia copiilor n celulele fiice. Novik n 1980
lucrnd cu plasmida RpI 258 de la stafilococi a demonstrat c cca
1/10 din structura plasmidei prezint aa numita zona interzis deleia
creia are ca urmare pierderea autonomiei plasmidei
4. Ribozomii reprezint particule nucleoproteice de form sferic
localizate n citoplasm. Diametrul ibosomilor la proacriote este de
cca 20 nm, constanta de sedimentare 70 S, molecular este egal
aproximativ cu 3x106. ntr-o celul bacterian n faza de cretere,
conform datelor prezentate de legheli (1973) se conin de la 5000 pn
la 50000 uniti ribosomale.
Cercetrile efectuate de Zenova O. A. au artat c coninutul de
ribosomi la E.coli depinde de condiiile de cultivare i variaz n
dependen de tulpin i faza de dezvoltare de la 7000 la 55000.
Cantitatea maximal de ribosomi se conin la sfritul lag-fazei i
minimal la nceputul lag-fazei. Majoritatea ribosomilor n
citoplasama bacteriilor se ntlnesc n form liber. Se ntlnesc ns
ribosomi unii prin filamente de ARN matricial n polisomi. Numrul
ribosomilor n polisomi poate atinge cteva zeci. Prezena unui numr
mare de polisomi n celul demonstreaz o activitate metabolic nalt a
celulei.
Structura chimic a ribosomilor. La E.coli ribosomii sunt
constiotuii din 55 molecule de protein i 3 molecule de ARNr. n
lumea procariotelor raportul proteine ribosomale : ARNr variaz de
la 2: 1 la E.Coli la 2:3 la alte organisme.
Semnificaia biologic a ribosomilor. Ribosomii sunt componeni
eseniali ai celulei procariote care realizeaz traducerea informaiei
genetice sinteza lanurilor peptidice.
5. Incluziunile citoplasmatice se formeaz ca rezultat al
activitii vitale a celulei bacteriene n citoplasma. Ele pot fi
substane de rezerv, sau produse ale metabolismului celular. Aceste
structuri snt diferite ca natur chimic i difer de la specie la
specie.
n funcie de compoziia chimic inluziunile citoplasmatice sunt
clasificate n:
polimeri organici: incluziunile de glicogen, amidon i
poli--hidroxibutirat); polimeri anorganici: incluzini de
polimetafosfat. imcluziuni anorganici simpli: granule de carbonat
de calciu i de sulf coloidal.
Ca structur incluziunile citoplasmatice sunt de dou tipuri:
incluziuni ncorporate n membran: poli--hidroxibutirat, sulful
coloidal i granule de carbonat de calciu. incluziuni nonmembranare:
granule de glicogen, de volutin, de cianoficin, ficobilisomii
etc.
1. Granulele de volutin sunt cele mai frecvent ntlnite
incluziuni la bacterii, numite i corpusculii Babe-Ernst. Ele foarte
bine snt evideniate la Spirillum volutans, de unde i provine
denumirea sa. Structuri analogice, dar de dimensiuni mult mai mici
au fost depistate la Bacillus subtilis (bacilul fnului), la agenii
patogeni ai difteriei.
Componena chimic: Gruncioarele de volutin conin polifosfai i
polimetafosfai. Proprietatea: Caracteristic volutinei este
metacromatismul, adic capacitatea de a se colora n alt culoare,
dect amidonul; de exemplu, n urma utilizrii albastrului de metilen
volutina se coloreaz culoare roie. Funcia: Gruncioarele de volutin
servesc ca substrat nutritiv de rezerv, deoarece se formeaz n cazul
unui exces de substane nutritive n mediul extern. Servesc ca surs
de P i energie intracelular. Identificarea: n urma deosebirilor a
refraciei luminii ntre gruncioarele de volutin i protoplasm, ele
pot fi observate n celulele necolorate la microscopul cu contrast
de faz, dar cel mai bine ele se evideniaz cu ajutorul metodelor
difereniate de colorare.
Se formeaz n condiii de caren de P n mediul extern.
2. Incluziunile de poli--hidroxibutirat, granulaii sferice de
diferite dimensiuni care apar n celulele vii delimitate la exterior
de o membran monostratificat derivat dintr-in strat al membranei
citoplasmatice. Sunt mai frecvent depistate la bacteriile aerobe,
mai rar la cele anaerobe. Funcia: Incluziunile lipidice servesc ca
surs de energie i de carbon. Determinarea: Ele se depisteaz uor la
colorarea bacteriilor cu sudan III (colorant al grsimilor).
3. Hidraii de carbon.
Componena chimic: n corpul bacteriilor uneori se gsesc granule
de hidrai de carbon, ce constau din glicogen, amidon sau
polizaharid numit granulaz. Granulaza i glicogenul snt substane de
rezerv nutritive, caracteristice clostridiilor sporulate, butirice
i pectolitice, air amidonul este prezent n celulele
microorganismelor anaerobe. Identificarea: Aceste granule pot fi
identificate cu ajutorul iodului: glicogenul se coloreaz n culoare
roie-brun, iar amidonul i granulaza n albastru deschis.
4. Sulful. La unele bacterii, ce oxideaz oxidul de sulf, sulful
temporar se depune sub form de rezerv sub form de bile ce puternic
refract lumina. Acest sulf acumulat n celule, ca i sulful eliminat
din celul n mediu, se afl n form lichid. F-ia: Pentru bacteriile
anaerobe, care oxideaz oxidul de sulf, ultimul servete surs de
energie, iar pentru sulfobacteriile purpurii fototrofe H2S este
donor de electroni.
Incluziunile de sulf, ce se ntlnesc uneori la cianobacterii,
constituie un produs al izolrii sulfului deseori ntlnit n locurile
de trai al acestor organisme.
6. Vacuolele formaiuni sferice cu diametrul de 0,3 0,5 (m care
se formeaz n citoplasma celulelor procariote n perioada de cretere
activ. Numrul, dimensiunile, i coninutul vacuolelor depinde de
specie i de condiiile de cultivare a bacteriilor. Dup unii autori
vacuolele constituie entiti necesare celuleoor bacteriene, pe cnd
dup alii se formeaz doar n anumite condiii de mediu.
Vacuolele cu gaz (aerosomii sau corpi de flotare)
Nichitin D.I. n anul 1970 utiliznd microscopia electronic pentru
studierea microorganismelor ce se nmulesc prin nmugurire, a
descoperit pentru prima dat vacuole cu gaz situate n citoplasm
bacteriilor genului Reno-bacter. n continuare astfel de structuri
au fost depistate de asemenea la cianobacterii, bacteriile verzi,
purpurii, incolore, patrate, filamentoase, Halobacterium.
Structura: Vacuolele cu gaz au form cilindric, snt nconjurate cu o
membran subire unistratificat, numrul lor poate ajunge pn la 40-60
uniti. Ele se gsesc n stare aplatisat sau pline cu gaz (prefer
azotul).
Semnificaia biologic a vacuolelor cu gaz. Bacteriile care conin
vacuole cu gaz au o densitate global mai mic dect apa i de aceea
plutesc la suprafaa ei. Vacuolele cu gaz reprezint un mecanism
celular care confer mobilitate bacteriilor imopbile. Bacteriile
care posed astfel de vacuole i pot modifica poziia ntr-o coloan
vertical de ap i n capilarele solului. n cazul cnd vacuolele snt
pline cu gaz, bacteriile se menin la suprafaa apei, iar la
pustierea lor, bacteriile coboar n profunzimea apei sau la fundul
bazinelor. Acest mecanism este eficient n special n apele
stagnante. Gradul de umplere a vacuolelor cu gaze este
reglabil.
7. Aparatul fotosintetic la procariote este reprezentat de:
un complex de structuri membranare care deriv din membrana
citoplasmatic prin invaginare, numite cromatofori, vezicule i
sisteme lamelare membranare, numite tilacoizi, localizate n
citoplasm. De exemplu:
a) la bacteriile sulfuroase roii (Thiorhodaceae), aparatul
fotosintetic prezint trei tipuri morfologice de structuri derivate
din membrana citoplasmatic: vezicule membranare, membrane tubulare,
fascicule de lamele. Ele sunt ancorate de membrana citoplasmatic
formnd o unitate.
b) la cianobacterii aparatul fotosintetic prezint un sistem de
saci membranari turtii tilacoizi separai de membrana
citoplasmatic.
8. Endosporii
Sporii- structurii generate de bacterii in perioada condiitiilor
dificile ale mediului.Sporii in functie de origine pot fi
clasificati in:
Endospori bacterieni- tipici reprezentantilor genurilor Bacillus
(aerobi obligatorii) si Clostridium (anaerob obligatoriu), precum
si Desulfotomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus,
Oscillospira, si Thermoactinomyces .
Exospori actinomicetici- apar in urma fragmentarii segmentelor
terminale ale hifelor a caror membrane sufera modificari,
constituind invelisurile sporale.
Proprietatile sporilor:
Sunt rezistenti la ferbere, fapt care creaza dificultati in
procesul sterilizarii obiectelor.Celulee vegetative ale bacililor
si clostridiilor la temperature de 80C mor de acum peste 15-20 min,
pe cind sporii pot rezista la ferbere citeva ore. Pentru
distrugerea sporilor este necesara temperature 150-170C la
expozitia timp de o ora sau supunerii actiunii aburilor fierbini la
presiune de 1,5-2 atm timp de 20 min.
Prezinta forme inerte de conservare a genomului bacterian;
Sunt acoperii cu pturi groase impermiabile pentru apa;
Pastreaz in interior toate elementele componente ale celulei de
la care au provenit;
Contin acidul dipicolinic si ioni de Ca in cantitati sporite
care sunt responsabili intr-o oarecare masura de rezistenta
sporilor la temperatura ferberii;
Impermiabilitatea pentru colorantii anilinici si alte substante
dezinfectante (formalina, fenol etc.);
Refract puternic lumina: la microscopul cu contrast de faza
sporii se observa in celulele microbiene ca corpuri ovale
stralucitoare.
Morfologia endosporilor. Endosporul bacterian reprezint o
structura de form sferica sau ovala, refrigent de dimensiuni
variabile in functie de specie, virst si conditiile de cultivare
ale bacteriilor. La unele specii, diametrul sporului depaseste
diametrul transversal al celulei.Dimensiunile medii ale sporului
sunt cuprinse intre 0.5 si 0.9 m x 1 si 1.5 m, un volum mediu de
0.448-1.744 si constituie cca 1/3 din greutatea
celulei-sporange.
Pozitia sporului in celula variaza la unele specii si constanta
la altele, prezentind un criteriu taxonomic.Asezarea sporului poate
fi:
Ecuatoriala (centrala):B.anthracis ;
Subterminala:B. cereus, B. asterosporus ;
Terminala: Clostridium tetani, Cl. Felsineum.
De regula sporul bacterian este unic in celula. Prezenta a doi
spori in celulele unor bacterii constituie un rezultat al
diviziunii incomplete a celulei.
Compozitia chimica a endosporului. Sporul contine cantitati
reduse de apa libera, apa fiind prezenta doar in forma legata de
constituentii celulari. Activitatea enzimatica a sporului este
limitata. La spori lipsesc enzimele ciclului Krebs si ale unor
transportori de electroni membranari. Pentru protoplastul sporal
sunt caracteristice unele enzyme tipice care au dimensiuni mai mici
comparative cu cele ale celulelor vegetative. Protoplastul se
caracterizeaza printr-un continut sporit de Ca si Mg comparative cu
celula vegetative si prezenta acidului dipicolinic care lipseste in
celula vegetativ cca10% din greutate uscata a sporului. Acidul
dipicolinic este present in forma de dipicolinat de calciu si este
semnificativ in modificarea conformatiei enzimelor care davin
termorezistente. Procesul sporularii este insotit de acumularea
poli--hidroxibutirat care ulterior este consumat. Pentru sporoplast
este characteristic un continut redus de ATP.
Diferenta intre structura chimica a celulei si endosporului
CaracteristiceleCelulaEndospor
CaRedusRidicat
Acidul dipicolinicAbsentPresent
Continutul de apa80-90%10-25%
Proteinele sporaleAbsente Prezente
Activitatea enzimaticaRidicat Redus
Continutul ARNmRedus Ridicat
PH citoplasmatic76
Sinteza macromoleculelorPrezenta Absenta
Anatomia endosporului. Structura interna a sporului diferitor
specii de bacterii este asemanatoare. Sporul este format din 3
componente de baza: 1. Invelisul sporal extern prezinta o structura
lamelara complexa constituita din trei pturi suprapuse:
( Stratul extern-exina
( Stratul mijlociu
( Stratul intern-intina
2. Cortexul constitue o zona transparenta putin densa formata
din peptidoglican modificat.
3. Protoplastul sporal este acoperit de o membrane
citoplasmatica-sporoplasma
Pilii i fimbriile. Pentru bacteriile Gram-negative, n special
tulpinilor recent izolate din mediile naturale sunt tipici apendici
filamentoi. Aceste componente celulare au fost puse n eviden n 1949
de Anderson, iniial au fost numite filamente (Houwink i Van
Iterson, 1950), apoi fimbrii de Duguid (1955). Numele de fimbrii
l-a fost dat de Brinton (1954).
Sunt identificai doar cu ajutorul microscopul electronic. n
corespundere cu particularitile de structur, funcie i determinizm
genetic, Ottow (1975) clasific aceste structuri n dou
categorii:.
1. Pilii numii i pili donor - apendice filamentoi flexibile
prezente la suprafaa celulelor (F+, Hfr i F) la E.coli, K12,
Salmonella typhimurium, Proteus mirabilis, Shigella flexneri,
Caulobacter (Ottow, 1975).
Pilii sunt determinai genetic extracromozomal i sunt de dou
tipuri:
pilii F sintez crora este determinat de plasmida de sex F, pilii
I a cror sintez este dirijat de unii factori cu rol de conjugon.
Lungimea pililor este de cca 20 (m i diametrul mai mare dect al
fimbriilor (6,0 15 nm). Pilii F au form tubular cu un canal intern
axial cu diametrul 2,5 3,0 nm.
Pilii de tip Iau o structur compact i sunt lipii de canalul
intern. Extremitatea liber a pililor are aspectul unui buton de
diferit form: disc, cup, caliciu, sferic-vezicular sau laminar.
Semnificaia biologic a pililor
Asigur legtura ntre bacteriile de sex masculin i feminin, astfel
asigurnd transferul ADN-ului cromozomial sau plasmitic n procesul
conjugrii. Dovad a acestei semnificaii este faptul c nlturarea
pililor de pe suprafaa celulelor de sex masculin are ca urmare
pierderea capacitii lor de donor, iar odat cu refacerea lor aceast
proprietate reapare.
Posed receptori pentru fagii lipsii de coad, astfel asigur
fixarea fagilor pe laturile lor. Aceast proprietate este util n
momentul diferenierii pililor de fimbrii.
2. Fimbrii - apendice neflagelare care:
sporesc suprafaa activ de absorbie a celulei, particip n
procesele respiratorii, asigur aderarea bacteriilor la substratul
solid (de exemplu sticl). Fimbriile pot fi vizualizate numai la
microscopul electronic. Ele sunt aparent rigide, mai rectilinii ca
flagelii, sunt dispuse pericelular, polar sau bipolar. Sinteza
fimbriilor este determinat de genele cromozomiale. Numrul lor
variaz ntre 1 1000 per celul.
Fimbriile sunt structuri tubulare al cror diametru variaz ntre
3,0 i 14 nm, lungimea este variabil chiar la una i aceiai
celul.
Similar flagelilor fimbriile cresc lent prin sinteza
intracelular a proteinei fibrilina din care sunt formate. Din
interiorul celulei fibrilina este transportat prin canalul fimbrei
spre exterior unde i este ancorat la extremitatea fimbrei.
Semnificaia biologic a fimbriilor
Prezena lor determin cretere suprafeei active de absorbie a
substanelor nutritive.
Activitatea respiratorie a celulelor bacteriene fimbrilate este
mai mare dect la cele lipsite de astfel de structuri.
Asigur adeziunea celulelor la substrat astfel permind preluarea
urmelor de substane nutritive fixate pe ele.
Asigur aderarea bacteriilor la celulele altor organisme.
Determin formarea peliculelor bacteriene pe suprafaa mediilor
lichide, astfel asigurnd bacteriilor aerobe contactul cu O2 n apele
slab oxigenate.
Pot stabiliza cuplurile bacteriene n cazul conjugrii.
Influeneaz virulena bacteriilor prin: implantarea bacteriilor n
organism ca urmare a fixrii acestora de celulele organismului gazd
i mpiedic splarea lor de ctre lichidele corpului; determin
specifitatea de esut a bacteriilor (tulpinile de Streptococcus
pyogenes izolate din gt ader doar la celulele esutului faringian);
fimbriile conin antigene care induc formarea anticorpilor fa te
tulpinile virulente sau sporesc virulena prin sporirea rezistenei
la fagocitoz.
3. Flagelii
La suprafaa celulei procariote exist structuri filamentoase cu
ajutorul crora celula se poate deplasa n spaiu lichid flagelii.
Locomoia este prezent la bacili, vibrioni i spirili i numai
excepiaonal la coci. Probabil capacitatea de deplasare cu ajutorul
flagelilor s-a dezvolatt paralel cu alungirea celulei. Numrul,
dimensiunile i localizarea flagelilor de regul prezint o
caracteristic constant specific i sunt semnificative n determinarea
apartinenei taxonomice. La momentul actual, ns exist rezultate care
indic ca numrul, dimensiunile i localizarea flagelilor depind ntr-o
oarecare msur de condiiile mediului extern i stadiul de dezvoltare
al bacteriilor.
Morfologia flagelilor
Flagelii prezint structuri filamentoase, subiri, flexibile i
fragile de form helical. Ei au o structur rigid, rsucit mpotriva
acelor ceasornicului. Forma tipic a flagelilor este cilindric, dar
uneori pot aprea turtii ca o panglic.
Grosimea flagelii este de 10-20 nm, de regul flagelii polari
sunt mai groi dect cei peritrihiali. Lungimea lor varia n funcie de
specie ntre 3-15 mkm. La unele bacterii lungimea flagelilor poate
depi de cteva ori dimensiunile liniare ale celulei.
n funcie cu numrul i localizarea flagelilor, bacteriile formeaz
cteva grupe:
monopolar monotrihii: un singur flagel ancorat la un pol al
celulei;
lofotrihii (monopolar politrihii): un mnunchi de flageli la un
pol al celulei;
amfitrihii: (bipolar monotrihii: cte un flagel la ambii poli ai
celulei;
(bipolar politrihii: cte un mnunchi de flageli de ambii poli ai
celulei. peritrihii: celula este acoperit de flageli de
jur-mprejur.
Structura flagelului
Structura flagelului a fost studiat cu ajutorul microscopului
electronic. El const din trei componente generale:
filamentul helical extracelular fibrila;
articulaia sau crligul;
corpul bazal.
La majoritatea procariotelor componentul principal al
filamentului este o proteina contractil flagelina. Subunitile
proteice sunt aranjate n form de spiral, prin centrul creia trece
un canal gol.
Crligul, cel mai gros segment al flagelului (20-45 nm) este
construit din protein deosebit de flagelin i servete pentru
conexiunea filamentului cu corpul bazal.
Corpul bazal conine 9-12 proteine i prezint un sistem din dou
(la bacteriile Gram-pozitive) sau patru (la bacteriile
Gram-negative) discuri mbrcate pe un ax care este o continuare a
crligului.
Structura corpului bazal este determinat de structura peretelui
celular care-i asigur stabilitatea necesar pentru mobilitatea
bacteriilor cu flageli. Tratarea celulelor cu lizozim i nlturarea
peptidoglicanului este urmat de pierderea capacitii de micare a
bacteriilor, nectnd la faptul c flagelul va rmne intact.
Discurile interne M i S sunt prezente n corpul bazal al tuturor
bacteriilor cu flageli, cele externe P i L sunt caracteristice
corpului bazal doar al bacteriilor Gram-negative.
La bacteriile Gram-pozitive discul M este localizat n membrana
citoplasmatic, iar discul S n stratul peptidoglicanic. Se presupune
c rotirea flagelului este realizat de discul M. Restul discurilor
la bacteriile Gram-negative servesc pentru ntrirea axului care
penetreaz peretele celular, la bacteriile Gram-pozitive funcia de
suport al axului o realizeaz peptidoglicanul peretelui celular.
La bacteriile Gram-negative discul M este localizat n membrana
citoplasmatic, iar discul S n spaiu periplasmatic, discurile P i L
sunt localizate corespunztor n stratul peptidoglicanic i membrana
extern a peretlui celular.
Creterea flagelului se produce prin captul distal, unde prin
canalul intern al spiralei vin subunitile proteice sintetizate n
celul. La unele specii filamentul la exterior este acoperit cu teac
care are o structur chimic specific sau prezint o continuare a
peretelui celular.
Capacitatea m-o de a se mica prin alunecare este depistat la
unele grupe de m-o ce au structura filamentoas: micoplasme,
micxobacterii, citofagi, sulfobacterii, cianobacterii etc. Viteza
de micare nu este mare, de 2-11 mcm-sec. Pentru toate m-o ce posed
acest tip de micare este eliminarea a mucozitii. De asemenea la
formele care alunec n componena peretelui celular ntre stratul de
peptidoglican i membrana extern exista un strat subire compus din
fibrile proteice , , , : , , , , . : 211 /. . , , . , Oscillatoria
57 : 1 2 55 . , (). , . .
. , , . , "" 1 , .
, , , , , , "" . , . , "" , " ", . . , . 5% . DmH+.
. - . , , , . " " , .
, . . :
( ), , , . , . . . : (). (, ) (, ). , , , ; , , , . . , , , .
.
, . . , . , . , (Fe3O4) . 4% . , . .
. Escherichia coli 30 , , . , , "" . : , . . . , , , , , .
PAGE 26
_1074723860.unknown
_1220643676.unknown
_1220644147.unknown
_1074724231.unknown
_1074724385.unknown
_1064180481.unknown
_1074382274.unknown
_1064176627.unknown