Microbiology

Рибосомы служат местом синтеза белка. На электронных микрофотографиях они видны как частицы, лежащие в цитоплазме. Рибосомы бактерий имеют размеры 16x18 нм. Примерно 80-85% всей бактериальной РНК находится в рибосомах. Так как интактные рибосомы бактерий при ультрацентрифугировании оседают со скоростью, составляющей около 70 единиц Сведберга (S), их называют 70S-pи6ocoмами. Цитоплазматические рибосомы эукариот, за немногими исключениями, несколько крупнее, и их называют 80S-рибосомами.

Рибонуклеиновые кислоты отличаются от ДНК как мономерами, из которых они построены, так и вторичной структурой. Центральная ось полинуклеотидной цепи состоит из рибозы и фосфор ной кислоты. Из оснований представлены те же аденин, гуанин и цитозин, но вместо тимина имеется урацил. Кроме того, РНК содержит несколько редких оснований (например, псевдоурацил). РНК в клетках присутствует в одноцепочечной форме; только в отдельных участках цепи основания могут быть спарены.

На электронных микрофотографиях ультратонких срезов бактерий, фиксированных четырехокисью осмия, плазматическая мембрана представляется многослойной. Она состоит из двух осмиофильных и потому темных слоев толщиной 2-3 нм каждый и промежуточного более светлого слоя толщиной 4-5 нм. По своему строению мембраны бактериальных, животных и растительных клеток очень сходны. Это дает основание говорить об универсальной «элементарной мембране» ("unit membrane").

Клеточная стенка у бактерий не жесткая, как стальной панцирь, а тонкая и эластичная, как кожаная покрышка футбольного мяча. Подобно тому, как мячу придает упругость надутая камера, клеточной стенке придает определенную упругость плотно прилегающий к ней изнутри протопласт. Внутреннее давление (тургор) обусловлено осмотическими факторами. Осмотическим барьером служит плазматическая мембрана: она полупроницаема и контролирует проникновение в клетку и выход из нее растворенных веществ. В отличие от плазматической мембраны клеточная стенка проницаема для солей и других низкомолекулярных соединений.

В обычных условиях концентрация Сахаров и солей - осмотически активных веществ - внутри клетки выше, чем в окружающей среде. Содержимое клетки по осмотическому давлению эквивалентно 10 - 20%-ному раствору сахарозы, и в клетку поступает столько воды, сколько допускает растяжимость ее стенки. Если повысить осмотическое давление внешней среды (например, путем добавления Сахаров или мочевины), вода будет оттягиваться из клетки. В конце концов, протопласт сожмется, и плазматическая мембрана отделится от клеточной стенки. Такой процесс, происходящий в гипертонической среде, называют плазмолизом. Именно явление плазмолиза у крупных бактериальных клеток позволяет нам убедиться в том, что плазматическая мембрана у них окружена клеточной стенкой. Как плазматическую мембрану, так и клеточную стенку окрашивает водорастворимый основной краситель виктория синий.

Клеточная стенка, по-видимому, ответствен на также за окрашивание по Граму. Способность или, наоборот, неспособность окрашиваться в темно-фиолетовый цвет при использовании метода, предложенного в 1884 г. Грамом, служит важным таксономическим признаком, с которым коррелируют другие свойства бактерий. Процедура окрашивания по Граму начинается с обработки фиксированных бактериальных клеток основным красителем кристаллическим фиолетовым. Затем следует обработка раствором йода. Йод образует с кристаллическим фиолетовым комплекс, нерастворимый в воде и плохо растворимый в спирте и ацетоне. После этого клетки «дифференцируют», обрабатывая их спиртом: грам-положительные клетки удерживают при этом комплекс краситель - йод и остаются синими, а грам-отрицательные обесцвечиваются. Для того чтобы сделать их видимыми, их дополнительно окрашивают контрастным красителем фуксином.

Для понимания структуры клеточной стенки бактерий важно прежде всего указать на сходство ее опорного «скелета» с полимерами L-D-глюкозы - целлюлозой и хитином.

Целлюлоза - главный компонент клеточных стенок у высших растений, водорослей и оомицетов. У бактерий целлюлоза в качестве мате риала клеточной стенки не встречается, однако она соединяет клетки Sarcinaventriculi в большие пакеты. Кроме того, целлюлозу выделяют Acetobacter aceti subsp. xylinum в форме тонких фибрилл в среду, и она придает пленке «уксусного гриба» ("Mycoderma aceti") прочную кожистую консистенцию.

У грам-положительных бактерий доля муреиновой сетки составляет 30-70% сухой массы клеточной стенки (толщиной в 40 слоев). Вместо м-диаминопимелиновой кислоты часто содержатся LL-диаминопимелиновая кислота или лизин. У Staphylococcus aureus тетрапептидные боковые цепи мурамовой кислоты связаны между собой межпептидными (например, пентаглициновыми) цепочками. Участвующие в образовании таких структур аминокислоты варьируют от вида к виду. Видоспецифическое строение опорного каркаса представляет собой хороший таксономический признак. В клеточной стенке грам-положительных бактерий полисахариды, если они вообще имеются, связаны между собой ковалентно. Содержание белков невелико. Характерная особенность - наличие тейхоевых кислот; это цепи, состоящие из 8-50 остатков глицерола или рибитола, связанных между собой фосфатными мостиками. Некоторые из тейхоевых кислот содержат эритритол или маннитол. Тейхоевые кислоты, вероятно, через фосфат связаны с муреином по типу амида.

У грам-отрицательных бактерий муреиновая сеть однослойная и составляет менее 10% сухой массы клеточной стенки (у Escherichia coli). Муреин содержит только мезодиаминопимелиновую кислоту и не содержит лизина; межпептидные мостики отсутствуют. Строение муреинового мешка у всех грам-отрицательных бактерий одинаково. Наряду с этим опорным каркасом имеются большие количества липопротеинов, липополисахаридов и других липидов, которые как бы наклеены снаружи на муреиновый каркас. Они связаны ковалентно и составляют до 80% сухой массы клеточной стенки. Для сохранения стабильности липополисахаридного слоя, по-видимому, необходимы ионы кальция. У многих грам-отрицательных бактерий муреиновый слой становится доступным для воздействия лизирующего муреин фермента лизоцима только после обработки ЭДТА (этилендиаминтетраацетатом) для удаления Са^2 +. Этот комплексообразующий агент вызывает освобождение части липополисахаридов. Тейхоевые кислоты у грам-отрицательных бактерий до сих пор не были обнаружены.

Структура клеточной стенки и муреина была выяснена в основном в связи с изучением действия лизоцима и пенициллина на бактерии. Открытый А. Флемингом (1922) лизоцим является бактерицидным ферментом, содержащимся в слезной жидкости, в носовой слизи и в яичном белке; лизоцим выделили также из бактерий (Escherichia coli, Streptomyces) и бактериофагов. При воздействии лизоцима на суспензию грам-положительных бактерий наблюдают быстрое ее просветление. Micrococcus luteus (lysodeikticus) лизируется уже при концентрации 1 мкг лизоцима на 1 мл. Для лизиса клеток Bacillusmegaterium необходима концентрация лизоцима 50 мкг/мл, а многие грам-отрицательные бактерии растворяются толь ко тогда, когда к суспензии добавлен также комплексообразующий агент (ЭДТА).