Органические соединения

Минеральный состав

Клеточная вода

Химический состав бактерий

Размеры бактерий

Размеры бактериальных клеток сильно варьируют. Шаровидные бактерии имеют диаметр от 0,2 мкм до 2,5 мкм. Палочковидные бактерии имеют толщину в среднем 0,5-1,0 мкм. Длина палочек от 1-2 мкм до 19 мкм. Нитчатые бактерии могут достигать в длину макроскопических размеров и становиться видны невооруженным глазом (1 мм). Спирохеты могут быть длиной от 1-3 до 100-500 мкм. Мельчайшими из известных клеточных организмов являются микоплазмы (0,15 мкм). Этот размер является теоретическим пределом клеточного уровня организации жизни, при котором в клетке еще может быть минимум молекул белка (порядка 1200) и минимум ферментных реакций, необходимых для поддержания клеточной структуры.

Химический состав бактериальной клетки сходен с химическим составом других живых организмов. Ее компонентами являются вода, минеральные и органические соединения – белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды.

Клеточная вода составляет 75-90% массы вегетативной клетки. Нормальный метаболизм, рост и размножение микроорганизмов возможны только в водной среде. Вода является растворителем органических и минеральных веществ, дисперсионной средой для коллоидов, источником водородных и гидроксильных ионов, водорода и кислорода. В клетке вода находится в двух состояниях: свободная вода, которая является растворителем, принимает участие в процессах метаболизма; связанная вода, которая связана с клеточными колодами (она определяет устойчивость микроорганизмов к низким и высоким температурам).

Шесть основных элементов (углерод, кислород, азот, водород, фосфор и сера) составляют 95% сухой биомассы бактериальной клетки. Углерод, азот, водород, кислород легко образуют прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, благодаря чему они способны давать разнообразные химические соединения. Бактерии также содержат калий, натрий, кальций, магний, хлор, железо (в пределах 1- 0,5% сухого вещества). На остальные элементы приходится около 0,3%. Микроорганизмы используют металлы в форме катионов неорганических солей. Минеральные соли составляют от 2 до 30% сухого вещества клетки. Содержание солей варьирует в зависимости от состава питательной среды и возраста культуры. В молодых клетках из в 6-7 раз больше, чем в старых.

Белки составляют 40-80% клетки и представлены простыми и сложными белками. К сложным белкам относятся нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды, фосфопротеиды, металлопротеиды (железо, цинк, медь), флавопротеиды. Содержание белков в бактериальной клетке варьирует в зависимости от вида бактерий, возраста культуры, состава питательной среды и т.д. Бактериальные белки состоят из тех же 20 важнейших аминокислот, что и белки растений и животных. Аминокислотный состав белков различных видов бактерий качественно и количественно различен. Только у бактерий имеется диаминопимелиновая (ДАП) аминокислота, отсутствующая у высших организмов. У бактерий также встречаются D-аланин и D-глутаминовая, аминомасляная кислоты, орнитин, гомосерин. Большинство бактерий сами синтезируют все необходимые им аминокислоты. но некоторые нуждаются в готовых аминокислотах, которые вносятся в питательные среды. У бактерий преобладают глобулярныебелки

Нуклеиновые кислоты (НК) – сложные полимеры, состоящие из большого количества (1,5 тыс.-5 млн) мононуклеотидов. Мононуклеотиды построены из азотистого основания (пуринового – аденин, гуанин или пиримидинового – цитозин, тимин, урацил), сахара (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Мононуклеотиды ковалентно связываются между собой фосфодиэфирными связями. РНКсоставляет 10% сухого вещества, она обычно одноцепочная. В клетках существует три типа РНК – информационная (матричная), транспортная, рибосомальная. ДНК составляет 3-4% сухого вещества, она состоит из двух нуклеотидных цепей, образующих двойную спираль.

Углеводы в бактериальной клетке составляют 12-30% сухого вещества. Они представлены моно- и полисахаридами. Полисахаридыбактерий чрезвычайно разнообразная группа биополимеров. Среди них есть соединения, характерные, как для прокариот, так и эукариот (целлюлоза, гликоген). У бактерий обнаружен ряд полисахаридов, не встречающиеся у других организмов (тейхоевые кислоты, пептидогликаны, декстран и др.). Высокая активность полисахаридов обусловлена их способностью легко вступать в реакции с другими макромолекулами путем гидрофобных взаимодействий, а также соединяясь ионными и водородными связями. Большинство полисахаридов включает самые распространенные сахара – глюкозу, галактозу, рамнозу.

Тейхоевые кислоты – это полимеры глицерина (трехатомного спирта) или рибита (пятиатомного спирта) – глицеротейхоевая и рибитотейхоевая кислоты. В этих кислотах от 8 до 50 остатков спирта связано фосфодиэфирными связями и могут содержать моносахарид в качестве заместителя. Они содержатся в клеточной стенке бактерий (гр. teichos – стенка).

Липиды бактерий представлены нейтральными жирами, фосфолипидами, восками. Общее содержание липидов варьирует от 5% до 40%. Основная масса липидов в бактериальной клетке связана с другими компонентами (белками, полисахаридами). Липиды бактерий значительно разнообразнее липидов высших организмов. Они выполняют разнообразные функции – являются аккумуляторами энергии у некоторых бактерий (поли-β-оксимасляная кислота), служат структурными компонентами клетки (цитоплазматическая мембрана), участвуют в метаболизме углеводов, в энергетическом обмене, входят в состав антигенов, определяют кислотоустойчивость бактерий.

Фосфолипиды составляют в бактериальной клетке от 0,4% до 6,5% Основная их масса содержится в цитоплазматической мембране или в клеточных оболочках. Фосфолипиды бактерий подобны фосфолипидам высших организмов, но отличаются от них составом жирных кислот. В бактериальных фосфолипидах преобладают жирные кислоты с разветвленной цепью (из 15-17 атомов углерода).

Пигменты бактерий. Среди бактерий есть значительное число пигментообразующих видов. Пигменты вырабатываются в зависимости от условий выращивания культуры бактерий – минерального состава и реакции среды, источника углерода, температуры, количества кислорода, источника света. Важными элементами для образования пигментов являются азот, магний, железо, кальций и др. Так, магний необходим для синтеза бактериохлорофиллов, железо – для продигиозина, пиоцианина.

Пигменты могут выполнять в бактериальной клетке различные функции. Установлено их участие в фотосинтезе, в дыхании, в окислительно-восстановительных реакциях, защите от экстремальных факторов внешней среды (УФ-излучение, повышенная концентрация минеральных солей и т.д.). По растворимости микробные пигменты можно разделить на две группы. Нерастворимые (хромофорные) пигменты связаны с клеточными компонентами и обуславливают окраску колоний бактерий, но не среды. Растворимые (хромоларные) пигменты растворяются в питательной среде и обуславливают ее окраску при росте бактерий. По химическому составу пигменты разнообразны – каротиноиды, меланины, хиноны, бактериохлорофиллы, пирролы.

Хлорофиллы, содержащиеся в клетках фотосинтезирующих бактерий, называются бактериохлорофиллами. И существует несколько типов, и они структурно отличаются как между собой, так и от хлорофилла высших растений. большинство фотосинтезирующих бактерий содержит бактериохлорофилл а, у пурпурных бактерий обнаружен бактериохлорофилл b, у зеленых серобактерий – c,d,e. Каротиноидные пигменты содержатся у всех фотосинтезирующие микроорганизмы и у ряда нефотосинтезирующих. Известно свыше 300 каротиноидов и они в определенной степени определяют окраску колоний. Меланиновые пигменты (черного и коричневого цвета) – это тесно связанные с белками клетки биополимеры, обуславливают защиту клетки от экстремальных окислительных и восстановительных условий.