Файл: Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник.pdf

палочковидных клеток, покрытых общей тонкой оболоч­ кой— чехлом. В отличие от описанных выше форм бак­ терий нитчатые являются многоклеточными организма­ ми. Особенностью этих бактерий является способ раз­ множения. В пределах нити, как и у остальных бактерий, клетки размножаются путем поперечного деления. Кро­ ме того, нитчатые формы имеют специальные клетки размножения — гонидии, образующиеся из концевых клеток нити. У некоторых форм гонидии передвигаются с помощью жгутиков, у других они неподвижны. Нитча­ тые бактерии — типичные водные организмы. Нити их имеют толщину в среднем 1—7 мк. Длина этих бактерий достигает таких размеров, что они видны даже невоору­ женным глазом.

Каждому виду бактерий присущи определенные фор­ ма и размер. Однако условия роста оказывают значи­ тельное влияние на размеры бактериальных клеток.

Бактериальное население сточных вод представлено практически всеми формами, но большинство составля­ ют палочковидные.

§ 14. Строение и химический состав клетки бактерий

Структура и функции бактерий, несмотря на внешнюю простоту этих одноклеточных организмов, очень сложны. Бактериальная клетка по своему строе­ нию напоминает клетки растений и животных. В ней различают две основные структуры: протопласт и кле­ точную оболочку (рис. 6).

Протопласт снаружи окружен цитоплазматической мембраной и состоит из цитоплазмы и ядерного вещест­ ва. Цитоплазма (или «живое вещество» клетки) пред­ ставляет собой коллоидную систему, дисперсионной сре­ дой в которой является вода. Цитоплазм'а бактериальных клеток негомогенна. С помощью электронных микроско­ пов в ней обнаружены жизненно важные структурные образования — органеллы, выполняющие различные функции. Это рибосомы и мезосомы. Первые имеют вид

о

мелких зернышек (около 150 А), рассеянных в цитоплаз­ ме. Рибосомы богаты рибонуклеиновой кислотой (РНК) . В них осуществляется синтез белка. Местом локализа­ ции рибосом являются особые внутриклеточные мем-

29

браны, образующие эндоплазматическую сеть. Мезосомы — более крупные образования различной формы, содержащие системы окислительно-восстановительных ферментов. В мезосомах протекают основные энергетиче­ ские процессы клетки (окисление органических веществ) и синтезируются макроэргические соединения (соедине­ ния, обладающие большим запасом энергии).

Помимо органелл в цитоплазме ча­ сто встречаются гранулы различной формы и размеров. Это могут быть гранулы гликогена, волютина, гранулезы, капельки жира. Гранулеза и гли­ коген — полисахариды. Волютин пред­ ставляет собой азотистое соединение, содержащее полиметафосфаты. Все эти включения играют роль запасных веществ и обычно образуют'ся, если клетка снабжается достаточным коли­ чеством питательных веществ. Клетки некоторых видов бактерий содержат красящие вещества — пигменты.

По вопросу о ядерных структурах бактерий до сих пор нет единого мне­ ния. Несомненным является наличие ядерного вещества, состоящего глав­ ным образом из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) . По мнению од­ них исследователей, ядерное вещество в клетках бактерий находится в диф­ фузном (распыленном) состоянии. Другие ученые находили дифферен­ цированное (обособленное) ядро. Электронная микроскопия позволила

выявить у некоторых видов бактерий ядроподобные обра­ зования— нуклеоиды (от лат. nukleus — ядро). Однако по сравнению с ядрами клеток высших организмов эти образования имеют более простое строение. Нуклеоиды не отделены от цитоплазмы оболочкой и поэтому не име­ ют постоянной формы.

Ядро клетки осуществляет контроль за синтезом бел­ ка. ДНК, входящая в состав ядра, является главным но­ сителем наследственности.

Цитоплазматическая мембрана, окружающая цито­ плазму, состоит примерно на 70% из .белков, остальные

30

30% составляют жироподобные вещества — липиды. Мембрана имеет трехслойную структуру, при этом на­ ружные слои — белковые, а внутренний состоит из липидов. Цитоплазматическая мембрана обладает избира­

кой способности мембрана играет роль органеллы, кон­ центрирующей питательные вещества внутри клетки и способствующей выведению наружу продуктов жизнеде­ ятельности. Внутри клетки всегда наблюдается повы­ шенное по сравнению с окружающей средой, осмотиче­ ское давление. Цитоплазматическая мембрана обеспечи­ вает его постоянство. Кроме того, она является местом локализации некоторых ферментов.

Цитоплазматическая мембрана вплотную примыкает к клеточной оболочке, являющейся одним из основных структурных компонентов клетки. Клеточная оболочка служит как бы скелетом клетки, придавая ей определен­ ную форму и защищая протопласт от воздействия небла­ гоприятных условий.

Материал клеточной стенки составляет 10—50% веса сухого вещества клетки. Толщина ее в среднем равна 0,02 мк и зависит от возраста клетки — старые клетки имеют более толстую оболочку. В состав клеточной обо­ лочки входят сложные молекулярные комплексы из бел­ ков, полисахаридов и жироподобных веществ. Так же как и цитоплазматическая мембрана, клеточная стенка образует своеобразный барьер на пути прохождения рас­ творенных веществ из окружающей среды внутрь клетки.

У некоторых видов бактерий на поверхности клетки образуется слой слизи. Количество слизи может быть очень значительным; вокруг клетки образуется как бы футляр — капсула. Толщина ее иногда достигает более 10 мк. Образование капсул характерно для целого ряда бактерий, в том числе и для болезнетворных, у которых капсула препятствует воздействию лекарственных ве­ ществ. Слизь, выделяемая бактериями, может частично диффундировать в окружающую среду. Выделение слизи у отдельных видов бактерий бывает настолько сильным, что капсулы отдельных клеток сливаются, образуя зооглеи — скопления слизистой массы с вкрапленными в нее клетками.-

По химическому составу клетка содержит разнооб­ разные органические и неорганические соединения. Ос-

31

нову органических веществ составляют С, О, N, Н. Их называют основными органогенами. Клетки микроорга­ низмов содержат 45—50% углерода, 30—40% кислорода, б—14% азота, 6—8% водорода (в пересчете на сухое вещество).

Бактериальные клетки содержат 75—90% воды. Вода служит средой для многочисленных биохимических про­ цессов, принимает участие в реакциях гидролиза и окис­ ления, обеспечивает поступление питательных веществ внутрь клетки и вывод продуктов жизнедеятельности из нее.

Сухое вещество клетки на 85—97% состоит из орга­ нических веществ: белков, нуклеиновых кислот, углево­ дов, липидов и липоидов. Остальные 3—15% приходятся на долю зольных элементов, главным образом фосфора, калия, серы.

§ 15. Движение бактерий

Бактерии (но далеко не все) способны актив­ но передвигаться только в жидкой среде. К числу непод­ вижных форм относятся кокки (исключение составляют только два вида) и некоторые палочковидные бактерии. Извитые бактерии все подвижны. Спирохеты движутся за счет изгибов тела. Все остальные подвижные формы имеют специальный орган движения — жгутики, пред­ ставляющие собой длинные очень тонкие нити, спираль­ ные, волнистые, или изогнутые. Длина жгутиков может во много раз превышать длину тела бактерии и достига­ ет 10—30 мк и более. Поперечный размер жгутиков ра­ вен приблизительно 0,01—0,03 мк.

Количество и расположение жгутиков является ха­ рактерным видовым признаком. Некоторые виды бакте­ рий имеют один жгутик (монотрихи), у других жгутики располагаются пучками на одном или обоих концах клетки (лофотрихи), у третьих покрывают всю поверх­ ность клетки (перитрихи).

§ 16. Рост и размножение бактерий

Рост бактериальной клетки — это увеличение размера и веса одной особи между двумя делениями. Обычно под ростом подразумевается рост не только от­ дельной клетки, но и культуры бактерий, т. е. общее уве­ личение числа клеток.

32

ние содержания влаги, отсутствие питательных веществ и т. д. У кокков и извитых форм спорообразование встре­ чается лишь у единичных видов. Спороносные бактерии называют бациллами.

Спора представляет собой округлое блестящее тель­ це, образующееся внутри клетки. В клетке всегда обра­ зуется только одна спора. У некоторых видов диаметр споры превышает ширину клетки, что придает ей вид ве­ ретена или барабанной палочки в зависимости от места расположения споры. Веретенообразные спороносные бактерии называют клостридиями (от англ. closter — ве­ ретено).

Развитие и созревание споры длится несколько часов. Сначала в клетке образуется проспора, в которую пере­ ходит вся Д Н К клетки. На поверхности цитоплазмы об­ разуется оболочка, состоящая из двух слоев: наружного (экзины) — более плотного слоя, пропитанного жировыми веществами, и внутреннего (интины)—тонкого и эла­ стичного.

Экзина выполняет защитные функции, так как мало проницаема для воды и растворенных веществ. Она обеспечивает большую устойчивость спор к внешним воздействиям. Споры многих болезнетворных бактерий сохраняют жизнеспособность в почве в течение несколь­ ких лет. Споры способны выдерживать действие высоких температур (например, спора сенной палочки не теряет жизнеспособности даже после 3-часового кипячения).

Попадая в благоприятные условия, спора прорастает. Процесс превращения споры в растущую (вегетативную) клетку начинается с поглощения спорой воды. Спора на­ бухает, затем внешняя оболочка разрывается, а из инти­ ны образуется клеточная стенка молодой бактерии.

§ 18. Систематика бактерий

Основной единицей в систематике живых ор­ ганизмов является вид. Под видом подразумевается со­ вокупность организмов, имеющих общее происхождение, характеризующихся определенными морфологическими и физиологическими признаками и приспособленных к существованию в определенных условиях внешней сре­ ды. Для бактерий до сих пор не создано единой система­ тики. В СССР широкое распространение получила клас­ сификация Н. Д. Красильникова.. Согласно ей бактерии