Bakterijų ląstelė: skirtingos bendrosios bakterijų ląstelės dalys (paaiškintos diagramomis) | Mikrobiologija
Įvairios generalizuotų bakterijų ląstelės dalys pavaizduotos 2.3 paveiksle ir aprašytos taip:
1. Flagella:
Bakterinė vėliava - tai plonos gijinės plaukų panašios spiralės, kurios išsikiša pro ląstelės sienelę ir yra atsakingos už bakterijų judrumą. Dauguma judriųjų bakterijų turi flagelę.
Jo ilgis yra apie 10-15 µ. Bakterinė vėliava yra visiškai skirtinga nuo eukariotinės vėliavos struktūros ir veikimo mechanizmo. Jie yra daug plonesni nei eukariotinių ląstelių vėliavos ar blakstienos. Priešingai nei eukariotinės vėliavos, ląstelių membrana nėra per bakterijų vėliavą.
Be to, bakterijų vėliavos, skirtingai nei eukariotiniai vėliavos, yra šiek tiek standžios ir nešuko pirmyn ir atgal, o jie sukasi panašiai kaip laivo sraigtas ląstelės judėjimui. Bakterijų flagella turi tris dalis, būtent; a) Bazinis kūnas, b) Kablys ir (c) Kaitinimas (2.4 pav.).
(a) Bazinis kūnas:
Jis sudaro pagrindinę vėliavos dalį ir yra įtvirtintas citoplazminėje membranoje ir ląstelių sienelėje. Jis suteikia tvirtinimą prie vėliavos, taip pat veikia kaip variklis, taip perduodant rotacinį judėjimą.
Jį sudaro mažas centrinis strypas, einantis per žiedų sistemą. Gram-teigiamų bakterijų atveju, kai ląstelių sienelę sudaro tik peptidoglikano sluoksnis, bazinis kūnas turi tik vieną žiedų porą; M žiedas ir S žiedas, abu įterpti į ląstelių membraną.
Šiuos žiedus supa grupiniai baltymai, vadinami mot proteinais. Protonų judėjimas per ląstelių membraną per šiuos mot baltymus sukuria protonų judančią jėgą (energiją), reikalingą šių dviejų žiedų sukimui, kuris galiausiai veikia kaip variklio kaip sraigto tipo rotacijos rotacija.
Kita baltymų grupė, vadinama fli proteinais, yra tarp šių dviejų žiedų. Jie veikia kaip variklio jungiklis, atbulinę vėliavos sukimąsi, reaguojant į ląstelinius signalus.
Gramnegatyvių bakterijų atveju, kai ląstelių sienelė susideda iš išorinio lipopolisacharido (LPS) sluoksnio, be plonesnio vidinio peptidoglikano sluoksnio, baziniame korpuse yra dar viena pora žiedų; L-žiedas, įmontuotas LPS sluoksnyje, ir P-žiedas ploname peptidoglikano sluoksnyje.
(b) Kablys:
Trumpas kablys sujungia bazinį kūną su vėliavos gijų. Jis yra šiek tiek storesnis už kaitinamąjį siūlą. Bazinio kėbulo variklio veikimas per kabiną perduodamas į kaitinamąjį siūlą.
c) Kaitinimas:
Tai ilgas plaukams panašus gniūžtės vėliavos dalis, atsirandanti iš kablio. Jis yra kelis kartus ilgesnis nei bakterijų ląstelė. Jis yra pagamintas iš vieno tipo baltymų, „flagellino“, kurio molekulinė masė yra apie 40 000. Flagellino molekulės sudaro grandines; trys tokios grandinės sujungia virvę, kad suformuotų vėliavą. Skirtingai nei plaukai, kurie auga ant jo pagrindo, vėliavos gijos auga ant galo.
Aminorūgštys eina palei tuščiavidurio pluošto centrą ir prideda jo distalinį galą. Šis procesas vadinamas savikontroliu, nes visa informacija apie galutinę kaitinimo siūlelio struktūrą yra pačiame baltymų subvienetuose. Kaitinimas yra šiek tiek standus ir ne plakti pirmyn ir atgal, o jis sukasi panašiai kaip laivo sraigtas, skirtas judėti.
Spirocetams trūksta išorinės vėliavos. Tačiau jie juda, naudodami vėliavos formos struktūrą, esančią jų ląstelėse po išoriniu voku. Tai vadinama periplazminiais flageliais, ašiniais flageliais, ašiniais fibrilais arba endoflagelomis.
„Flagella“ skirtingose bakterijose yra išdėstyti įvairiais būdais. Vėliavos išdėstymas bakterijų ląstelėse vadinamas lipnumu. Flagellation yra iš šių keturių tipų (2.5 pav.).
(a) Monochromatinė vėliava (Mono: single; trichous: hair): Viename ląstelės gale yra vienas flagelis.
(b) Lophotrichous flagellation (Lopho: tuft; trichous: hair): Viename ląstelės gale yra tortas arba lipnus.
(c) Amphitrichous flagellation (Amphi: abu; trichous: hair): Flagella yra abiejuose ląstelių galuose atskirai arba tufte.
(d) Peritrichous flagellation (Peri: aplink; trichous: hair): Flagella yra visame ląstelės paviršiuje.
2. Fimbriae:
„Fimbriae“ yra plonos gijinės plaukų panašios medžiagos, kurios yra struktūriškai panašios į flagella, bet nėra susijusios su bakterijų judrumu (2.3 pav.). Skirtingai nuo flagella, jie yra žymiai trumpesni ir daugiau, tačiau, kaip ir flagella, jie yra pagaminti iš baltymų molekulių.
Fimbriae yra keletas bakterijų rūšių, kurios padeda jiems pritvirtinti prie kitų organizmų ląstelių ir neleidžia jiems nuplauti gleivinių ar kūno skysčių srautu. Taigi, tai ypač padeda patogeninėms bakterijoms užsikrėsti šeimininko organizme. Jie taip pat padeda formuoti paviršius arba biofilmus ant paviršių.
3. Pili:
Pili - tai plonos gijinės plaukų panašios medžiagos, kurios yra struktūriškai panašios į flagella, bet nėra susijusios su bakterijų judrumu (2.6 pav.). Jos taip pat yra struktūriškai panašios į fimbrijas, bet paprastai yra ilgesnės ir bakterijų ląstelės paviršiuje yra tik vienas ar keli piliai.
Jis yra pagamintas iš vieno tipo baltymų, „pilin“, kurio molekulinė masė yra apie 17 000. Pilino molekulės yra išdėstytos sraigtiniu būdu, kad suformuotų vieną standųjį gijų, turintį centrinę tuščiavidurę šerdį. Kai kuriose bakterijose genetinė medžiaga yra pernešama per tuščiavidurį pilių šerdį konjugacijos metu (poravimosi su kita bakterija).
Tokie piliai vadinami vaisingumo piliais (F pili) arba sekso piliais. Kai kuriose patogeninėse bakterijose pili veikia panašiai kaip fimbrija, prijungiant prie šeimininkų ląstelių ir užsikrėtus infekcija. Pilių agliutinacinis poveikis sukelia bakterijų plėvelių, matomų sultinių kultūrų paviršiuje, susidarymą.
4. S-sluoksnis:
S-sluoksnis (paviršinis sluoksnis) yra daugelio patogeninių bakterijų paviršiuje randamas sluoksnis, kurį sudaro dviejų dimensijų baltymų masyvas su įvairiomis simetrijomis, tokiomis kaip šešiakampis, tetragonalinis arba trimerinis (2.7 pav.) .
Kristalinė simetrija priklauso nuo S-sluoksnio baltymų sudėties. Jis yra susijęs su ląstelių sienelių struktūra (su peptidoglikano sluoksniu gramteigiamose bakterijose ir LPS sluoksniu gram-neigiamose bakterijose).
Jis veikia kaip išorinis pralaidumo barjeras, leidžiantis perkelti mažos molekulinės masės medžiagas ir neįtraukti didelės molekulinės masės medžiagų. Jis taip pat apsaugo patogenines bakterijas, prieš priimančiosios gynybos mechanizmą.
5. Kapsulė (gleivinės sluoksnis arba glikokalizas):
Daugeliui bakterijų už ląstelės yra ląstelių sienelė (2.8 pav.). Jis pagamintas iš makromolekulių, kurios nėra kovalentiškai prijungtos prie bakterijų.
Šios paviršinės makromolekulės dažniausiai yra įkrautos polisacharidai (glikoproteinai arba glikolipidai), todėl vadinami „glikokalipsu“ (gliukozė: angliavandeniai; taurelė: žiedų dalis, esanti žemiau žiedlapių, besitęsiančių nuo kotelio). Glycalyx yra apibrėžiamas kaip polisacharidą turinti medžiaga, esanti už ląstelės ribų, kaip laisvas polimerinių pluoštų tinklas, išeinantis iš išorės.
Jas sintezuoja ir išskiria bakterijos, kurios prisijungia prie šeimininkų audinių paviršiaus receptorių. Glycalyx randama ne tik aplink kai kurias bakterijų ląsteles; taip pat randama aplink kai kurias augalų ir gyvūnų ląsteles.
Glycocalyx gali būti trijų tipų:
a) Kapsulė:
Tai polimerinis sluoksnis, sudarytas iš tankaus, gerai apibrėžto klampaus sluoksnio, glaudžiai supančio daugelio rūšių bakterijų ląsteles. Klampus sluoksnis gali būti vizualizuojamas šviesos mikroskopu, naudojant specialų dažymo metodą.
Glikokalipso polimeriniai pluoštai yra suskirstyti į storą matricą, kuri neapima tokių dalelių kaip Indijos rašalas. Bakterijos, turinčios kapsulę, vadinamos kapsulėmis, o kapsulės neturinčios bakterijos vadinamos nekapsulinėmis bakterijomis.
b) Mikrokapsulės:
Tai yra klampus sluoksnis, supantis bakterijų ląsteles, kurios yra tokios plonos, kad jos negali būti vizualizuojamos šviesos mikroskopu.
c) gleivinės:
Tai yra difuzinė polimerinių pluoštų masė, kuri, atrodo, nėra sujungta su jokia viena ląstele. Klampus sluoksnis yra toks storas, kad daugelis ląstelių yra įterptos į gleivinės matricą. Sluoksnis yra lengvai deformuojamas ir neatmeta dalelių. Sunku vizualizuoti šviesos mikroskopija.
Kapsulės ir gleivinės funkcijos pateiktos toliau:
1. Jis neleidžia džiovinti ląstelių, surišant vandens molekules.
2. Jis užkerta kelią bakteriofagų (virusų, kurie puola bakterijas) prijungimui prie bakterijų ląstelių.
3. Jis užtikrina virulentiškumą (ligą sukeliantį gebėjimą), slopindamas jų atpažinimą ir vėlesnį sunaikinimą fagocitais (baltais kraujo kūneliais arba WBC).
4. Jis padeda patogeninėms bakterijoms prisirišti prie infekcinių šeimininkų audinių paviršiaus receptorių.
5. Jis užtikrina skirtingų bakterijų ląstelių prilipimą.
6. Apvalkalai:
Apvalkalai yra ilgos tuščiavidurės vamzdinės konstrukcijos, kurios apima bakterijų ląstelių grandines, sudarančias „trichomes“ (2.9 pav.). Dengtos bakterijos yra paplitusios gėlavandenių buveinių, kuriose yra daug organinių medžiagų, pvz., Užterštų srautų, valymo filtrų ir aktyviųjų dumblo virimo aparatų nuotekų valymo įrenginiuose. Apvalkalai gali būti lengvai atvaizduojami, kai kai kurios ląstelės, vadinamos „trikampio šukomis“, išeina iš apvalkalo, palikdamos už tuščio apvalkalo.
7. Pros-thecae:
Pros-thecae yra citoplazminiai išplitimai iš bakterijų ląstelių, kurios sudaro priedus, tokius kaip hipha, stiebai ar pumpurai. Jos yra mažesnės skersmens nei brandžios ląstelės, jose yra citoplazmos ir yra ribojamos ląstelių sienelės. Bakterijos, turinčios prosechee, vadinamos prostatos bakterijomis.
Skirtingai nuo kitų bakterijų ląstelių dalijimosi, kuris vyksta dvejetainiu dalijimu, gaminančiu dvi lygiavertes dukterines bakterijų ląsteles, kurios prostatos ląstelėse sudaro naujos dukterinės ląstelės su motinine ląstelė, kurios ląstelių pasiskirstymas yra baigtas, formavimąsi.
„Hyphae“ - tai ląstelių priedai, kuriuos sudaro tiesioginis ląstelių išplitimas motinos ląstelėje, turinčioje ląstelių sienelę, ląstelių membraną, ribosomų ir kartais DNR. Jis susidaro pailginant mažą bakterijų ląstelės augimą viename taške.
Toks augimas viename taške vadinamas „poliniu augimu“, priešingai nei „tarpkultūrinis augimas“, vykstantis visose kitose bakterijose, kuriose bakterijų augimas vyksta per visą paviršių. Hipha pabaigoje susiformuoja pumpuras, kuris padidina ir gamina vėliavą.
DNR, esanti motinos ląstelėse, kartojasi ir apvalios DNR kopija nukreipiama į hipą į pumpurą. Tada kryžminis pertvaros formos išsiskiria besivystančiu pumpuru nuo hipha ir motinos ląstelės.
Dabar pumpurai išeina iš motinos ląstelės ir plaukia kaip dukra. Vėliau dukterinė ląstelė praranda vėliavą ir palaipsniui auga, kad taptų motinos ląstelė, pasirengusi formuoti hipha ir pumpurą.
„Stiebai“ - tai tam tikros vandens bakterijos, naudojamos tvirtinti prie kieto pagrindo. Kotelio gale yra konstrukcija, vadinama „holdfast“, pagal kurią kotas yra pritvirtintas prie pagrindo. Be tvirtinimo, kotelis taip pat padidina bakterijų ląstelės paviršiaus plotą, kuris padeda jai įsisavinti ir pašalinti atliekas.
Kai kuriose bakterijose kelių asmenų stiebai lieka pririšti prie „rozetės“. Ląstelių pasiskirstymas stiebų bakterijose atsiranda dėl ląstelės pailgėjimo krypčiai priešinga kotelio krypčiai, o po to - skilimas. Prie stiebo priešais stiebą yra suformuotas vienas vėliavėlis.
Tokiu būdu suformuota dukterinė ląstelė vadinama „spiečiuoju“. Jis atskiria nuo negrįžtamos motinos ląstelės, plaukioja aplink ir pritvirtina prie naujo paviršiaus, sudarančio naują stiebelį prie vėliavos. Tada vėluojama vėliava.
„Pumpurai“ - tai ląsteliniai priedai, kurie tiesiogiai vystosi kaip motinos ląstelės be lytinių ląstelių be tarpinių formų.
8. Ląstelių sienelė:
Ląstelių sienelė yra standi struktūra, kuri nedelsiant supa bakterijų ląstelių membraną. Bakterijų ląstelių membrana yra fosfolipidinis dvigubas sluoksnis, panašus į visų kitų gyvūnų ir augalų ląstelių (2.11 pav.).
Nors gyvūnų ląstelėse trūksta ląstelės sienelės, augalų ląstelės ir bakterijų ląstelės turi ląstelių sieneles aplink ląstelių membraną. Tačiau, skirtingai nei augalinių ląstelių sienelė, kurią sudaro daugiausia celiuliozė, bakterijų ląstelių sienelę sudaro daugiausia peptidoglikano sluoksniai (2.10 pav.).
Anksčiau peptidoglikanas taip pat buvo vadinamas mureinu arba mukopeptidu. Peptidoglikaną sudaro daugiausia amino rūgštys ir cukrus (peptido: aminorūgščių grandinė; gliukanas: cukrus). Dvi cukraus, ty N-acetilglukozamino (NAGA) ir N-acetilmuramo rūgšties (NAMA), viena su kitu pakaitomis sujungiamos glikozidinėmis jungtimis (β-1-4 ryšiu), kad susidarytų ilgos lygiagrečios cukraus grandinės.
Prie NAMA molekulių pridedamos trumpos keturių ar penkių amino rūgščių šoninės grandinės, sujungtos viena su kita peptidinėmis jungtimis. Paprastai aminorūgštys yra alaninas, glutamo rūgštis ir lizinas arba diaminopimelino rūgštis (DAP). Šie trumpi peptidai sudaro gretimų cukraus grandinių kryžmines jungtis, kad sudarytų tinklą arba sluoksnį.
Nors glikozidinės obligacijos cukraus grandinėse yra labai stiprios, jos vien tik negali užtikrinti standumo visomis kryptimis. Didelis standumas gaunamas tik tada, kai šios grandinės yra susietos su peptidinėmis jungtimis kryžminiuose trumpuose peptiduose.
Ląstelių sienelių sudėtis nėra vienoda visoms bakterijoms; greičiau egzistuoja žymūs jos sudėties skirtumai, pagal kuriuos bakterijos buvo sugrupuotos taip:
A. Remiantis Gramo dažymu:
Remiantis ląstelių sienelės sudėties skirtumais, specialus dažymo būdas, vadinamas „gramų dažymu“, pavadintas dr. Christiano Gramo, kuris jį sukūrė, bakterijas skiria į dvi grupes:
(1) Gram-teigiamos bakterijos:
Nuspausdinus bakterijas kristaliniu violetiniu, jei jo ląstelių sienelė priešinasi nudažymui, nuplaunant spalvą mažinančiu agentu (etanoliu arba acetonu), tai yra gramteigiamos bakterijos. Pavyzdžiai: Bacillus, Staphylococcus.
(2) Gram-neigiamos bakterijos:
Nuspausdinus bakterijas kristaliniu violetiniu, jei jo ląstelės sienelė leidžia nuvalyti spalvą, nuplaunant spalvą mažinančiu agentu (etanoliu arba acetonu), tai yra gramnegatyvios bakterijos. Pavyzdžiai: Escherichia, Salmonella, Vibrio.
Bakterijų diferencijavimas į gramteigiamas ir gramnegatyvias grupes suteikia svarbiausią raktą tolesniam tolimesniam tolimesniam tikslui nustatyti nežinomų bakterijų identifikavimui.
Gram-teigiamas ląstelių siena:
Gram-teigiama ląstelių sienelė yra labai paprasta. Jis daugiausia gaminamas iš storo peptidoglikano sluoksnio, kuris sudaro apie 90% ląstelės sienelės. Šis storas sluoksnis daro pozityvias bakterijas atsparias osmotinei lizei.
Sienoje taip pat gali būti teichino rūgšties, lipotino rūgšties ir M baltymų, kurie yra pagrindiniai gram-teigiamų ląstelių sienelių antigenai. Tichino rūgštis yra neigiamai įkrauta ir iš dalies atsakinga už neigiamą bakterijų ląstelės paviršiaus įkrovimą. Jis taip pat padeda pernešti jonus pro ląstelės sienelę.
Lipoteicho rūgštis yra teichino rūgštis, kuri yra susieta su membranos lipidais. M baltymas padeda kai kurioms bakterijoms sukelti ligas, užkertant kelią WBC įsisavinimui. Antibiotikai, penicilinas (pagamintas grybelio, Penicillium notatum) ir cefalosporino žudo gramteigiamas bakterijas, užkertant kelią peptidoglikano sintezei. Lizozimas (fermentas, rastas ašaroje, seilėse, kiaušinių albuminuose ir žuvų gleivėse) nužudo gramteigiamas bakterijas, nutraukdamas glikozidinę jungtį (β-1-4 ryšį) tarp NAGA ir NAMA.
„Gram-Negative Cell“ siena:
Gram-negatyvinė ląstelių sienelė yra labai sudėtinga ir silpnesnė už gramteigiamą ląstelių sienelę. Jame yra plonas peptidoglikano sluoksnis, kuris sudaro tik apie 10% ląstelės sienelės. Jį supa stora apsauginė danga, vadinama lipopolisacharido (LPS) sluoksniu, kuris atsparus kai kurių potencialiai toksiškų chemikalų patekimui į bakterijų ląstelę.
LPS sluoksnis susideda iš 1) lipoproteino sluoksnio ir 2) išorinės membranos. Vienas lipoproteino sluoksnio paviršius yra tiesiogiai prijungtas prie peptidoglikano sluoksnio, o kitas paviršius patenka į išorinę membraną.
Jis veikia kaip inkaro tarp peptidoglikano sluoksnio ir išorinės membranos. Išorinė membrana yra įdėta fosfolipidų dvigubo sluoksnio, turinčio baltymų, su „vieneto membranos“ struktūra, panašia į ląstelių membraną. Vidinė išorinės membranos lapas yra vien fosfolipidinių molekulių sluoksnis.
Tačiau, skirtingai nei vieneto membrana, kai kurios išorinės lapo fosfolipidinės molekulės pakeičiamos LPS molekulėmis. Kiekviena LPS molekulė yra pagaminta iš lipidų, vadinamų „lipidais A“, kovalentiškai susietu su plaukų panašiu polisacharidu.
Kai geno neigiamos patogeninės bakterijos žudomos šeimininko kūno viduje, išsiskiria lipidas A, kuris yra gramnegatyvių bakterijų vidinė sudedamoji dalis, sukelia toksines reakcijas ir ligos simptomus. Štai kodėl lipidas A taip pat vadinamas endotoksinu (endo: vidiniu).
Priešingai, „eksotoksinas“ yra toksinė medžiaga, sintezuojama bakterijų ląstelėse ir išleidžiama į išorę, o tai sukelia ligas, jei jos yra šeimininko organizme arba patenka į jį. Skirtingai nuo kitų normalių lipidų, tokių kaip trigliceridai, kurie yra pagaminti iš trijų riebalų rūgščių, prijungtų prie glicerolio, lipidas A yra pagamintas iš riebalų rūgščių, prijungtų prie disacharido, kurį sudaro du NAGA fosfatai.
Lipidų A riebalų rūgštys paprastai yra kaproninės, laurinės, miristinės, palmitinės ir stearinės rūgštys. Polisacharidas, prijungtas prie lipido A kitame disacharido gale, yra pagamintas iš dviejų dalių; 1) vidinis polisacharidas ir 2) išorinis O-polisacharidas.
Išorinėje membranoje taip pat yra baltymų, vadinamų „porinais“, kurių sudėtyje yra trys vienodi vienetai. Kiekvienas subvienetas yra cilindrinis su centrine poromis, per kurias medžiagos gali praeiti. Taigi, poros daro išorinę membraną santykinai pralaidžią.
Porinai yra dviejų tipų; 1) nespecifiniai porinai, kurie sudaro vandeniu užpildytus kanalus, skirtus bet kokio tipo mažoms medžiagoms, ir 2) specifinius porinus, turinčius specifinių jungimosi vietų tam tikroms medžiagoms praeiti.
Keletas medžiagų (tirpalų, švirkštų, adatų ir kt.), Nors ir be sterilių mikroorganizmų, vis dar išlieka gram-negatyvių bakterijų ląstelių sienelių liekanos, susidariusios jas nužudant. Jei ląstelių sienelės atliekos patenka į šeimininką, tai gali sukelti ligos simptomus. Ši skaldytų ląstelių sienelių atliekos, kurios gali sukelti ligos simptomus, vadinamos „pirogenu“.
B. Remiantis rūgštingais dažais:
Remiantis ląstelių sienelės sudėties skirtumais, dar vienas specialus dažymo metodas, vadinamas „rūgštimi greitu dažymu“, bakterijas skiria į dvi grupes:
(1) Greitas bakterijų rūgštis:
Bakterijos, kurios yra labai sunku nudažyti, bet kai dažytos, taip pat sunku pašalinti dėmę iš savo ląstelių, net ir esant stipriam rūgšties alkoholiui, kaip spalvos mažinimo agentui, yra rūgščiai greitai bakterijos (rūgštimi mylintis). bakterijos).
Pavyzdžiai: Mycobacterium spp. [M. tuberkuliozė (TB bakterijos), M. leprae (raupsų bakterijos), M. smegmatis (natūralios smegmos bakterijos), M. marinum (jūrų žuvų bakterijos)]. Jie turi storą vaško ląstelių sienelę, pagamintą iš lipidinių medžiagų.
(2) Bakterijos, kurios nėra rūgštinės, :
Bakterijos, kurios yra lengvai nudažomos ir kurios taip pat lengvai nudažomos rūgšties-alkoholio pavidalu, yra bakterijos be rūgščių (ne rūgščių mylinčios bakterijos). Pavyzdžiai: Visos kitos bakterijos, išskyrus Mycobacterium spp. Šiose bakterijose ląstelių sienelė nėra stora vaškas.
Bakterijų diferencijavimas į greitas ir greitai rūgštines grupes suteikia svarbiausią raktą Mycobacterium spp.
Sienų trūkumai:
Kai kurios bakterijos natūraliai egzistuoja be ląstelių sienelės. Mikoplazma, kuri yra mažiausia bakterija, neturi ląstelių sienelių. Jis yra apsaugotas nuo osmosinio lizės ląstelių membranoje esančių sterolių ir parazitų egzistavimo osmosiniu požiūriu palankioje eukariotinių šeimininkų aplinkoje.
Panašiai kai kurioms jūrų bakterijoms trūksta ląstelės sienelės, kurioje osmotinę lizę apsaugo didelė jūros vandens druskos koncentracija. Dauguma gramteigiamų bakterijų praranda ląstelių sienelę (peptidoglikaną) lizocimu.
Tačiau jų ląstelės išgyvena, jei jos yra izotoninėje aplinkoje, pvz., Užpildytos žaizdos. Šios sienos nepakankamos bakterijos, susidedančios tik iš ląstelių membranos uždarytos protoplazmos, vadinamos „protoplastais“ arba „L formos“ (L Lister instituto Londone).
Pašalinus lizocimą, jie gali atnaujinti augimą sintetinant jų ląstelių sienelę. Jei protoplastas išlaiko ląstelių sienos gabalus taip, kad ląstelė užima amoeboidinę formą, išsikišusią iš ten, kur nėra ląstelės sienelės, tai vadinama „sferoplastu“.
Taip pat susidaro sferoplastas, kai gram-neigiamos ląstelės sienelės peptidoglikanas pašalinamas gydant lizocimu. Čia protoplazmą uždaro du sluoksniai, ląstelių membrana ir LPS sluoksnis.
Ląstelės sienos funkcijos:
a) Lizės apsauga:
Jis apsaugo bakterijų ląsteles nuo osmotinės lizės, nes dauguma jų lieka hipotoninėje aplinkoje. Tai yra, nes; ištirpusių tirpiklių koncentracija bakterijų ląstelėse yra žymiai didesnė nei aplinkoje. Tai sukuria didelį turgorinį slėgį ląstelių viduje, kuris gali būti panašus į slėgį automobilio padangoje. Ląstelės sienelė padeda išlaikyti šį spaudimą.
b) Forma ir standumas:
Jis suteikia bakterijų ląstelių formą ir standumą.
9. Periplazminė erdvė:
Tai plona erdvė tarp ląstelės sienelės ir ląstelių membranos (2.10 ir 2.11 paveikslai). Jis užpildytas plazma, vadinama periplazmu. Periplazmoje yra keletas baltymų, iš kurių trys yra svarbūs.
Jie yra, 1) hidroliziniai fermentai, kurie padeda pradiniame bakterijų maisto molekulių skaidyme, 2) rišamieji baltymai, kurie pradeda substratų transportavimo procesą, ir 3) chemoreceptorių, kurie dalyvauja bakterijų chemotaksinėje reakcijoje. Chemotaksis - tai judėjimas į cheminę medžiagą arba nuo jos.
10. Ląstelių membrana:
Tai plona membrana, esanti po ląstelės sienele, kuri visiškai uždengia protoplazmą. Jis taip pat vadinamas „citoplazmos membrana“ arba „plazmos membrana“. Tai yra baltymų įterptas fosfolipidinis dvigubas sluoksnis (2.11 pav.).
Dviejuose sluoksniuose yra dviejų tipų baltymai. Vieno tipo baltymai yra tvirtai laikomi dvigubame sluoksnyje ir vadinami „integruotais proteinais“. Kiti baltymų tipai yra laisvai pritvirtinti prie dvisluoksnio sluoksnio paviršiaus ir vadinami „periferiniais proteinais“.
Membranos komponentai nėra statiniai; greičiau jie yra dinamiški ir visada yra judėjimo būsenoje, kaip „skystis“. Baltymai suteikia membranai „mozaikos“ išvaizdą.
Štai kodėl; vieneto membrana paprastai išreiškiama „skysčio mozaikos modeliu“. Fosfolipidų dvigubas sluoksnis susideda iš dviejų priešingų sluoksnių, kurių kiekvienas sudaro fosfolipidų molekulių sluoksnis. Kiekviena fosfolipidų molekulė turi galvą ir uodegos porą.
Galva yra įkrauta ir hidrofiliška (vandens mėgstanti), kuriai ji lieka link vandeninės aplinkos. Uodegos yra neužpildytos ir hidrofobinės (vandens nekenčiančios), dėl kurių jos lieka paslėptos membranos viduje nuo vandeninės aplinkos. Tokia membrana vadinama „vienetine membrana“.
Beveik visų bakterijų vieneto membranose nėra sterolių, kurie yra visų eukariotų vieneto membranoje kaip stiprinimo agentas. Tačiau molekulės, panašios į sterolius, vadinamos „humanoidais“, yra keliose bakterijose, kurios atlieka panašų vaidmenį kaip ir steroliai eukariotuose. Vienas iš svarbių humanoidų yra „diploptenas“, turintis 30 anglies atomų.
Ląstelių membranos funkcijos:
(a) Atstumo barjeras:
Ląstelės vidus (citoplazma) susideda iš druskų, cukrų, aminorūgščių, vitaminų, koenzimų ir įvairių kitų tirpių medžiagų vandeninio tirpalo. Hidrofobinis ląstelių membranos pobūdis daro jį ir įtemptą barjerą.
Nors kai kurios mažos hidrofobinės molekulės gali prasiskverbti pro membraną difuzijos, hidrofilinių ir įkrautų molekulių (daugumos vandenyje tirpių molekulių) metu, jos lengvai neperkelia. Šias molekules transportuoja per tam tikras transportavimo sistemas.
Net ir tokia maža medžiaga, kaip vandenilio jonas (H + ), neišsklaido per ląstelių membraną. Vienintelė molekulė, kuri prasiskverbia į membraną, yra vanduo, kuris yra pakankamai mažas ir nepanaudotas, kad galėtų pereiti tarp fosfolipidų molekulių.
Taigi, ląstelių membrana yra kritinė barjeras, atskiriantis ląstelės vidų nuo aplinkos ir užkertantis kelią pasyviam citoplazmos sudedamųjų dalių nuotėkiui į arba iš ląstelės. Jei membrana yra pažeista, ląstelės vientisumas sunaikinamas, vidinis turinys nuteka į aplinką ir ląstelė miršta.
b) selektyvus barjeras:
Ląstelių membrana taip pat yra labai selektyvi kliūtis. Specifiniai baltymai, vadinami „membranos transportavimo sistemomis“, esančios ląstelių membranoje ir joje, leidžia ir palengvina specifinių medžiagų transportavimą per jį aktyviu ir pasyviu transportu.
Struktūriškai membranos transportavimo sistemos yra baltymai, pagaminti iš 12 alfa sraigtų, kurie veda į priekį ir atgal per membraną, kad suformuotų kanalą, per kurį gabenama medžiaga yra vežama į kamerą arba iš jos.
Šie baltymai gali susieti su konkrečiomis transportuojamomis medžiagomis ir perkelti juos į ląstelę arba iš jos per membraną, kaip reikalaujama. Tai leidžia bakterijų ląstelei koncentruoti specifines medžiagas ląstelės viduje ir pašalinti konkrečias medžiagas iš ląstelės į išorę.
Yra trijų tipų membranų transportavimo baltymai, tokie kaip 1) Uniporteriai, kurie vienos rūšies molekulę transportuoja tik viena kryptimi per membraną, 2) Simporteriai, kurie transportuoja vienos rūšies molekulę ir visada transportuoja kitą molekulės tipą kartu su juo ta pačia kryptimi ir 3) kovos priešininkus, kurie transportuoja vienos rūšies molekulę ir visada transportuoja kitą molekulės tipą priešinga kryptimi.
Medžiagų pervežimas gali vykti trimis būdais, pavyzdžiui: 1) paprastas transportavimas, kai gabenimas vyksta per membraną iš energijos, gaunamos iš protonų varomosios jėgos; 2) grupinis perkėlimas, kai pervežama medžiaga chemiškai pakeista perėjimo metu per membraną ir 3) ABC transportavimą (ATP surišanti kasetė), kurioje periplazmoje periplazminiai surišantis baltymas specifiškai prisijungia prie medžiagos, membraną apimantis baltymas, kuris per visą membraną perneša jį per membraną ir citoplazminę ATP-hidrolizuojantis baltymas, esantis citoplazmoje, tiekia energiją transportui.
c) ekstraląstelinė hidrolizė:
Ląstelių membrana paslepia daugelį fermentų į išorę didelių maisto dalelių ekstraląsteliniam skaidymui į molekules, kurios gali patekti į ląstelę per membraną.
d) kvėpavimas:
Bakterijos neturi mitochondrijų. Todėl ląstelių kvėpavimas, norint gauti energijos iš maisto medžiagų, atliekamas ląstelių membranoje, kurioje yra kvėpavimo grandinės fermentai. Tai prietaisas energijos taupymui kameroje.
Membrana gali egzistuoti energetiškai „įkrautoje“ formoje, kurioje protonų (H + ) atskyrimas nuo hidroksilo jonų (OH-) vyksta per savo paviršių. Šis įkrovos atskyrimas yra metabolinės energijos forma, analogiška įkrautos baterijos galimai energijai.
Įjungta membranos būsena, vadinama „protonų varomoji jėga“ (PMF), yra atsakinga už daugelio energijos reikalaujančių funkcijų judėjimą ląstelėje, įskaitant kai kurias transporto formas, judrumą ir ląstelės energijos valiutos biosintezę, ATP .
e) fotosintezė:
Fototrofinės bakterijos fotosintezę atlieka specialiomis organelėmis, vadinamomis „chromatoforais“, kuriuos sudaro ląstelių membranos vaizduotė. Šiuose organeliuose yra fermentų ir pigmentų fotosintezei.
f) Maistinių medžiagų absorbcija:
Aplinkoje esančios maistinės medžiagos tiesiogiai absorbuojamos į bakterijų ląsteles per ląstelių membraną. „Mesosomos“ yra ląstelių membranos membraninės invaginacijos į citoplazmą, kurios padidina paviršiaus plotą efektyviai absorbcijai.
g) kopijavimas:
Bakterijos dauginasi dvejojant. Kiekviena ląstelė padalija į dvi dukterines ląsteles. Šiame procese ląstelių membrana sudaro naują ląstelių sienelę tarp dalinamų dukterinių ląstelių.
11. Citoplazma:
Klampus skystis panašią medžiagą, kuri užpildo ląstelių membranos skyrių, vadinama citoplazmu (2.10 ir 2.11 paveikslai). Tai skystis, pagamintas iš vandens, fermentų ir mažų molekulių. Skystyje suspenduotos yra santykinai skaidrios chromosomų medžiagos, vadinamos „nukleoido“, ribosomų granulėmis ir citoplazminėmis inkliuzijomis, kurios saugo energiją, sritis.
12. Nukleoidas:
Tai bakterijų chromosomą sudarančios suminės DNR masė (2.12 pav.). Kadangi bakterijos yra prokariotai, jų DNR neapsiriboja membranomis susietu branduoliu, kaip jis yra eukariotuose.
Tačiau ji nėra išsklaidyta visame ląstelėje, o bakterijų ląstelėje ji linkusi agreguotis kaip atskira struktūra ir vadinama „nukleoidu“ (2.12 pav.). Ribosomų nėra nukleoido regione, nes nukleoidinė DNR egzistuoja gelio pavidalu, išskyrus kietųjų dalelių.
Daugelyje bakterijų yra tik viena chromosoma, kurią sudaro viena apvali dviguba grandinė DNR, nors kai kuriose bakterijose yra linijinė chromosomų DNR. Paprastai chromosomų DNR yra plačiai susukta ir sulankstoma „super-susukta DNR“, kad ji būtų pritaikyta mažai nukleoido erdvei.
Super susukta DNR yra kompaktiškesnė už laisvą cirkuliuojančią DNR. Bakterijos turi tik vieną kiekvieno geno kopiją jų chromosomoje ir todėl yra genetiškai „haploidai“. Priešingai, eukariotai turi dvi kiekvieno geno kopijas jų chromosomose ir todėl yra genetiškai diploidinės.
Geną galima apibūdinti kaip bet kurį DNR segmentą, kuris yra atsakingas už tam tikrą šeimininko organizmo pobūdį. Kiekvieną organizmo charakterį nurodo konkretus genas, kurį sudaro tam tikras DNR segmentas.
Bakterijų chromosominėje DNR yra pagrindiniai „namų laikymo genai“, reikalingi bakterijų išgyvenimui. Ląstelių dalijimosi metu ši DNR pasiskirsto tarp dviejų dukterinių ląstelių.
Be chromosomų genų, yra ir ne chromosomų genų, esančių už chromosomos. Pavyzdžiui, plazmidėse yra specifinių genų, kurie suteikia specifines savybes bakterijoms. Visų ląstelėje esančių genų suma vadinama jo „genomu“.
13. Plazminiai vaistai:
Tai yra keletas ne chromosomų DNR, rastų kai kurių bakterijų citoplazmoje (2.12 pav.). Kiekviena plazmidė susideda iš mažos apvalios dvigubos DNR dalies, kuri gali atkartoti nepriklausomai nuo chromosomos. Daugelis plazmidžių yra gana nedideli, tačiau kai kurie yra gana dideli.
Tačiau nė viena plazmidė nėra tokia didelė kaip chromosoma. Plazmidai neturi genų, būtinų bakterijų augimui ar išgyvenimui. Jie gali turėti genų, atsakingų už atsparumą antibiotikams, toksinų gamybai arba paviršiaus priedų gamybai, kurie yra būtini užkrečiamumui ir užsikrėtimui.
Taigi, plazmidės turi genų, kurie suteikia bakterijoms ypatingas savybes, kitaip nei chromosomų DNR, kurioje yra būtini namuose laikomi genai, būtini bakterijų išgyvenimui.
Kai kurios plazmidės, kurios gali integruotis į šeimininko chromosomų DNR, vadinamos „epizomomis“. Plazminus taip pat galima pašalinti iš šeimininko bakterijų ląstelės, vadinamą „kietėjimo“. Kai kurie plazmidai yra plačiai naudojami genų manipuliacijose ir genų inžinerijoje.
14. Ribosomos:
Tai yra citoplazmoje esantys granuliuoti organai, kuriuose vyksta baltymų sintezė (2.3 pav.). Jie yra tiek daug, kad jų buvimas suteikia citoplazmui tamsią išvaizdą. Kiekvienos bakterinės ribosomos dydis yra 70 S (70 Svedberg), kurį sudaro du 50S ir 30S dydžio subvienetai. Priešingai, kiekvienos eukariotinės ribosomos dydis yra 80 S, susidedantis iš dviejų 60S ir 40S dydžio subvienetų.
15. Gas Vacuoles:
Dujų vakuoliai yra veleno formos dujomis užpildytos struktūros, randamos citoplazmoje (2.3 ir 2.13 paveikslai). Jie yra tuščiaviduriai cilindriniai vamzdžiai, uždaromi tuščiaviduriu kūginiu dangteliu kiekviename gale. Jų skaičius ląstelėje gali skirtis nuo kelių iki šimtų.
Jų ilgis ir plotis skirtingose bakterijose skiriasi, bet bet kurios bakterijos vakuolai yra daugiau ar mažiau pastovūs. Jie yra tuščiaviduriai, bet standūs. Jie yra nepralaidūs vandeniui ir tirpikliams, tačiau yra laidūs daugumai dujų. Todėl jų viduje esančių dujų sudėtis yra tokia pati kaip ir dujų, kurioje organizmas yra sustabdytas, sudėtis.
Dujos vakuume yra maždaug 1 atm. slėgis. Todėl vakuumo membranos standumas yra būtinas tam, kad vakuolas būtų atsparus išoriniam spaudimui. Dėl šios priežasties jis susideda iš baltymų, galinčių formuoti kietą membraną, o ne lipidus, kurie sudarytų skystą, labai mobilią membraną.
Yra dvi baltymų rūšys, kurios sukuria membraną. Jie yra 1) GvpA ir 2) GvpC (dujų vakuolių baltymai A ir C). GvpA yra pagrindinis dujų vakuolų baltymas, kuris yra mažas ir labai hidrofobinis (2.13 pav.). Tai apvalkalo baltymas ir sudaro 97% viso vakuume esančių dujų.
Dujų vakuolai gaminami iš kelių GvpA baltymų molekulių, lygiagrečių „šonkaulių“, sudarančių vandeniui nelaidų paviršių. GvpA baltymai kartojasi kaip a (3 lapai ir tokiu būdu duoda didelį standumą visai vakuolio struktūrai. GvpC yra didesnis baltymas, bet yra daug mažesnis kiekis.
Jis stiprina dujų vakuolių korpusą, veikdamas kaip kryžminis ryšys, jungiantis keletą GvpA šonkaulių, kaip gnybtas. Galutinė dujų vakuolių forma, kuri įvairiuose organizmuose gali skirtis nuo ilgo ir plono iki trumpo ir riebalų, priklauso nuo to, kaip GvpA ir GvpC baltymai yra išdėstyti, kad sudarytų nepažeistus vakuolus.
Dujų vakuume užpildant dujas, jų tankis yra apie 5–20% tinkamo ląstelių tankio. Taigi nepažeistos dujų vakuoliai mažina bakterijų ląstelių tankį, tokiu būdu suteikdami jiems plūdrumą.
Dauguma plaukiojančių vandens bakterijų turi dujų vakuolus, kurie suteikia plūdrumą ir padeda jiems plaukti vandens paviršiuje arba bet kurioje vandens stulpelyje. Dujų vakuolai taip pat veikia kaip judrumo priemonė, leidžianti ląstelėms plisti aukštyn ir žemyn vandens stulpelyje, reaguojant į aplinkos veiksnius.
Pavyzdžiui, vandens fototrofiniai organizmai gauna naudos iš vakuuminių dujų, kurie padeda greitai reguliuoti savo padėtį vandens stulpelyje į regionus, kuriuose šviesos intensyvumas fotosintezei yra optimalus. Dujų vakuumo membrana negali atsispirti aukštam hidrostatiniam slėgiui ir gali žlugti, todėl prarandamas plūdrumas. Nukritus, dujų vakuoliai negali būti vėl perpyliami.
16. Įtraukimai:
Citoplazmoje suspenduotos ne gyvosios rezervinės medžiagos vadinamos „intarpais“ (2.3 pav.). Daugumą inkliuzų riboja plona ne vieneto membrana, susidedanti iš lipidų, atskiriančių juos nuo aplinkinės citoplazmos.
Jų funkcija yra energijos ar struktūrinių blokų saugojimas. Skirtingose bakterijose yra įvairių rūšių intarpai.
Toliau aprašytos kai kurios dažniausios bakterijų ląstelėse esančios inkliuzijos:
a) Poli-β-hidroksibutirūgšties (PHB) granulės:
Tai granulės, sudarytos iš poli- β-hidroksibutirūgštis (PHB), kuri yra lipidų tipo medžiaga. Β-hidroksirūgšties rūgšties monomerai yra tarpusavyje surišti grandinėje pagal esterių jungtis, kad susidarytų poli- β-hidroksibutirūgštis. Polimerai kaupiasi į granules.
b) Poli-β-hidroksialkanoato (PHA) granulės:
Tai yra bendras terminas, naudojamas apibūdinti visas anglies / energijos kaupimo polimerų klases, aptinkamas bakterijų citoplazmoje. Dažniausios PHA granulės yra PHB granulės. Polimeruose esančių monomerų ilgis gali būti įvairus: nuo C4 (PHB granulėse) iki daugelio bakterijų C18 (kitose granulėse).
c) Volutin granulės:
Tai granulės, sudarytos iš polifosfatų. Bazinis dažiklis toluidinas mėlynas tampa rausvai violetine, kai jis sujungiamas su polifosfato granulėmis. Šis spalvų kaitos reiškinys vadinamas „metachromasy“. Todėl volutino granulės taip pat vadinamos „metachromatinėmis granulėmis“.
d) Glikogeno granulės:
Tai yra krakmolo tipo polimerai, pagaminti iš gliukozės subvienetų. Glikogeno granulės paprastai yra mažesnės nei PHB granulės. These are storage depots of carbon and energy in bacteria cells.
(e) Sulphur Granules:
These are granules of elemental sulphur produced by its accumulation in the cytoplasm. Elemental sulphur comes from the oxidation of reduced sulphur compounds like hydrogen sulphide and thiosulphate. The granules remain as long as the source of reduced sulphur is present. As the source disappears, being utilized by the bacteria cells, the granules also disappear slowly.
(f) Magnetosomes:
Magnetosomes are granules of the iron mineral magnetite, Fe 3 O 4 . They impart a permanent magnetic dipole to a bacteria cell, allowing it to respond to magnetic fields. A membrane containing phospholipids, proteins and glycoproteins surround each magnetosome.
The membrane proteins play a role in precipitating Fe 3+ (brought into the cell in soluble form by chelating agents) as Fe 3 0 4 in the developing magnetosomes. The morphology of magnetosomes appears to be species-specific, varying in shape from square to rectangular to spike-shaped in certain bacteria.
Magnetosomes are primarily found in aquatic bacteria. Bacteria that produce magnetosomes orient and migrate along geomagnetic field. This phenomenon is called 'magnetotaxis'. Bacteria, which show magnetotaxis, are called 'magnetotactic bacteria'.
There is no evidence chat magnetotactic bacteria employ the sensory systems of chemotactic or phototactic bacteria. Instead, the alignment of magnetosomes in a bacteria cell simply imparts magnetic properties to it, which then orients the cell in a particular direction in its environment. Thus, a better term to describe these organisms is ' magnetic bacteria'.
17. Endospore:
It is a differentiated cell formed within the cell of certain gram-positive rod-shaped bacteria, which can withstand severe adverse conditions like heat, cold, radiation, ageing, toxic chemicals and lack of nutrients.
Mostly, the following three genera of rod-shaped bacteria can produce endospores in adverse conditions:
I. Aerobic rod-shaped bacteria
1. Bacillus spp.
II. Anaerobic rod-shaped bacteria
2. Clostridium spp.
3. Desulfotomaculum spp.
Structure of Endospore:
The structure of the endospore is much more complex than that of the vegetative cell in that it has many layers. The layers from outside towards inside are given below (Figure 2.14).
(a) Exosporium:
It is the outermost layer, which is a thin, delicate covering, made of proteins.
(b) Spore coat:
It is made of layers of spore-specific proteins. It acts like a sieve that excludes large toxic molecules like lysozyme, is resistant to many toxic molecules and may also contain enzymes that are involved in the germination of the spore.
(c) „Cortex“:
It is made of loosely cross-linked peptidoglycan.
(d) Core:
It contains the usual structures of bacteria cell, which includes the cell wall (core wall), enclosing the spore protoplast. The spore protoplast consists of the cell membrane, cytoplasm, nucleoid, ribosomes, inclusions and so on.
Thus, the spore differs structurally from the vegetative cell primarily in the kinds of structures found outside the core wall.
Endosporos šerdies ypatybės:
Brandaus endosporos šerdis labai skiriasi nuo vegetatyvinės ląstelės, iš kurios ji yra suformuota.
Endosporinės šerdies savybės yra tokios:
a) Viena cheminė medžiaga, būdinga endosporoms, bet ne vegetatyvinėse ląstelėse, yra dipikolino rūgštis (DPA). Jis yra pagrindiniame.
b) Sporos taip pat yra daug kalcio jonų, kurių dauguma yra derinamos su dipikolino rūgštimi. Šerdies kalcio-dipikolino rūgšties kompleksas sudaro apie 10% sausosios endosporos masės.
c) Be gausaus kalcio-dipikolino rūgšties (Ca-DPA) kiekio, šerdis yra iš dalies dehidratuota. Brandaus endosporos šerdyje yra tik 10-30% vegetatyvinės ląstelės vandens kiekio, todėl pagrindinės citoplazmos konsistencija yra gelio.
Šerdies dehidratacija labai padidina endosporos atsparumą karščiui, taip pat suteikia atsparumą cheminėms medžiagoms, pvz., Vandenilio peroksidui (H 2 O 2 ) ir sukelia šerdyje esančių fermentų neaktyvumą.
(d) Be mažo sporos vandens kiekio, branduolio citoplazmos pH yra apie vieną vienetą mažesnis už vegetatyvinės ląstelės pH.
e) Šerdyje yra daug specifinių specifinių baltymų, vadinamų „mažais tirpiais rūgščiais sporų proteinais“ (SASPs). Tai sintezuojama spekuliacijos proceso metu ir turi dvi funkcijas. Pirma, jie glaudžiai jungiasi prie DNR DNR ir apsaugo jį nuo galimos UV spinduliuotės, džiovinimo ir sausos šilumos. Antra, jie veikia kaip anglies ir energijos šaltinis naujų vegetatyvinių ląstelių augimui daigumo procese.
Spore ciklas:
Nepageidaujamomis sąlygomis sporas yra auginamas vegetatyvinėje ląstelėje dehidratuojant ir susitraukiant ląstelių turinį (2.14 pav.). Šis sporas, susidaręs bakterijų ląstelės viduje, vadinamas „endospore“. Jei pablogėja nepalankios sąlygos, ląstelių plyšimas atleidžia endosporą, kuris dabar tampa nepriklausoma ramybės ląstelė, vadinama „sporomis“.
Procesas, kuriuo augalinė ląstelė sukuria sporą, vadinama „sporogeneze“ arba „sporuliacija“. Iki tol, kol nepalieka nepalankių sąlygų, sporos lieka neaktyvios ramybės formos. Grąžinus palankias sąlygas, sporas grįžta į vegetatyvinę formą ir vėl tampa aktyvi.
Sluoksniai, padengiantys sporų plyšimą ir sporas, sukelia metaboliškai aktyvią vegetacinę ląstelę. Procesas, kuriuo sporas pasikeičia į vegetatyvinę ląstelę, vadinamas „daigumu“.
Ciklinis procesas, vykstantis nuo vegetatyvinės formos iki sporų nepalankiomis sąlygomis ir atgal į vegetatyvinę formą palankiomis sąlygomis, vadinamas „sporų ciklu“.
Toliau pateikiamos dvi sporų ciklo pusės:
A. Sporuliacija:
Sporuliacija apima labai sudėtingą įvykių seriją ląstelių diferenciacijai (2.14 pav.). Daugelis genetiškai nukreiptų pokyčių ląstelėje yra perėjimas nuo drėgnos, metaboliškai aktyvios ląstelės į sausą, metaboliškai neaktyvią, bet labai atsparią sporą.
Struktūriniai pokyčiai sporuliacinėse ląstelėse gali būti suskirstyti į kelis etapus. Visas sporuliacijos procesas trunka apie kelias valandas. Genetiniai tyrimai parodė, kad tipiškas sporuliacijos procese dalyvauja net 200 genų.
Sporuliacijos metu kai kurių baltymų, dalyvaujančių vegetatyvinių ląstelių funkcionavime, sintezė nutraukiama ir prasideda specifinių sporų baltymų sintezė. Šie baltymai vadinami „mažais tirpiais rūgščiais sporų proteinais“ (SASPs).
Tai pasiekiama aktyvuojant įvairius sporų specifinius genus, įskaitant spo, ssp (kuris koduoja SASP) ir daugelį kitų genų, reaguojant į neigiamą aplinkos būklę. Šių genų koduojami baltymai katalizuoja įvykių seriją, keičiančią vegetacinę ląstelę į sporą.
Sporos atsparumas karščiui įgauna keliais mechanizmais, kurie dar nebuvo aiškiai paaiškinti. Tačiau aišku, kad nepralaidūs sluoksniai, tokie kaip sporų žievė ir sporas, apsaugo sporas nuo bet kokių fizinių pažeidimų.
Pagrindinis veiksnys, turintis įtakos sporos atsparumui karščiui, yra vandens kiekis ir būklė joje. Sporuliacijos metu protoplazma sumažėja iki minimalaus tūrio, nes kaupiasi Ca 2+, mažai tirpios rūgšties sporų baltymai (SASPs) ir dipikolininės rūgšties sintezė, dėl kurios susidaro gelio tipo struktūra.
Šiame etape aplink protoplasto šerdį susidaro stora žievė. Žievės susitraukimas sukelia susitraukusią, dehidratuotą protoplastą, kurio vandens kiekis yra tik 10-30% vegetatyvinės ląstelės. Protorlastų vandens kiekis ir SASP koncentracija lemia sporos atsparumą karščiui.
Jei sporas turi mažą SASP koncentraciją ir didelį vandens kiekį, jis turi mažą atsparumą karščiui. Jei joje yra didelė SASP koncentracija ir mažas vandens kiekis, jis turi didelį atsparumą karščiui. Vanduo laisvai juda ir iš sporų. Taigi, sporų protoplastas nėra sporų nepralaidumas, o gelio tipo medžiaga, kuri išskiria vandenį.
B. Genėjimas:
Endosporas daugelį metų gali likti neaktyvus, tačiau santykinai greitai sugrįžti į vegetatyvinę ląstelę. Šis procesas apima tris etapus; aktyvavimas, daigumas ir augimas. „Aktyvinimas“ apima sporų aktyvavimą ir jo paruošimą daigumui.
„Sėkmė“ apima mikroskopinio sporos refrakcijos praradimą ir atsparumo karščiui ir chemikalų praradimą. Spora praranda kalcio-dipikolino rūgšties ir žievės komponentus. Be to, SASP degraduoja.
„Išaugimas“ reiškia matomą patinimą dėl vandens įsisavinimo, taip pat naujų DNR, RNR ir baltymų sintezę. Ląstelė atsiranda iš skaldytų sporų kailio ir galiausiai pradeda padalinti. Tada ląstelė lieka vegetatyviniame augime, kol aplinkos sąlygos bus palankios.
Sterilizuojant medžiagą be bakterijų, jose esančios bakterijos nužudomos tam tikru būdu. Tačiau, jei medžiagoje yra sporų formuotojų, sunku jį sterilizuoti. Kuo daugiau sporų yra medžiagoje, tuo didesnė įtampa, reikalinga sterilizuoti.
Sporą formuojančių bakterijų kolonijoms, auginamoms agaro plokštelėse ar grioveliuose, didėjant bakterijų amžiui, jie formuoja sporas dėl senėjimo, maistinių medžiagų trūkumo ir metabolitų kaupimosi.
