Строение микроорганизмов. 
Микробиология: теория и практика

После изучения данной главы студент должен: знать

• • особенности клеточного строения различных микроорганизмов; уметь
• • объяснить разницу строения прокариотической и эукариотической клеток; владеть
• • навыками изучения движения клеток микроорганизмов.

Типы клеточной организации (эукариоты и прокариоты) и неклеточная форма жизни (вирусы)

Для большинства микроорганизмов можно считать справедливым утверждение, что это маленькие, просто устроенные организмы, имеющие универсальное строение. В то же время мир микробов, населяющих нашу планету, чрезвычайно разнообразен. Его представители различаются между собой морфологически, а также физиологическими и биохимическими свойствами.

Все живые клетки имеют цитоплазму, цитоплазматическую мембрану (Ц11М) и наследственный материал. По принципу клеточной организации микроорганизмы могут быть отнесены к двум типам — прокариоты и эукариоты (рис. 3.1). Для прокариот характерно более простое устройство клетки. Клетки эукариот имеют оформленное ядро, окруженное ядерной мембраной и содержащее набор хромосом, в то время как у прокариот ядерный аппарат (нуклеоид) представлен, как правило, кольцевой молекулой ДНК, соответствующей одной хромосоме. Эукариотические клетки содержат органеллы, отделенные от цитоплазмы собственными мембранами, а внутреннее пространство клетки разделено на множество участков разветвленной сетью мембран (эндоплазматической сетью). У прокариот разрастания ЦПМ внутрь клетки значительно, менее выражены, а структуры, участвующие в дыхании и фотосинтезе, находятся в ЦПМ или ее выростах. Рибосомы эукариот имеют более сложное строение и могут быть прикреплены к мембранам эндоплазматической сети в отличие от прокариотических рибосом, свободно лежащих в цитоплазме. В клетках эукариот никогда не встречается сетчатый полисахарид пептидогликан (муреин), а у прокариот — это широко распространенный компонент клеточных стенок.

Рис. 3.1. Строение клеток:

а — прокариотической; б — эукариотической Прокариотические клетки способны поглощать из окружающей среды только растворенные в воде соединения, в то время как некоторые эукариоты могут осуществлять поглощение твердых веществ и капель жидкостей, не смешивающихся с водой. Процессы деления прокариотических клеток проще, чем эукариот.

Несмотря на простую организацию, прокариоты обладают значительно более широкими возможностями обмена веществ (метаболизма). Прокариоты способны использовать восстановленные неорганические соединения для получения энергии, атмосферный азот для синтеза веществ клетки, осуществлять фотосинтез без выделения кислорода и образовывать метан в процессе жизнедеятельности.

Такие группы микробиологических объектов, как простейшие, микроводоросли и низшие грибы, относят к эукариотам, а клетки бактерий и архей имеют прокариотическую организацию. Ряд отличительных особенностей эукариот и прокариот приведен в табл. 3.1.

Некоторые отличительные признаки эукариот и прокариот.

Таблица 3.1

Вирусы, первоначально отнесенные к микроорганизмам, в настоящее время рассматривают как особые биологические формы, не имеющие клеточного строения. Вирусные частицы состоят на 50—60% из белков и на 40—50% — из нуклеиновых кислот одного из типов (ДНК или РНК) (рис. 3.2), одноили двухцепочечных.

Рис. 3.2. Вирусные частицы

Липиды, гликопротеины, сахара и полисахариды, полиамины представлены как минорные компоненты. Большинство известных вирусов сохраняют активность при pH 3—9, давлении в несколько тысяч атмосфер и после 3—5 лет хранения в лиофильно высушенном состоянии, но инактивируются при температуре 60 °C в течение 30—60 мин и при УФ-облучении. Вирусы являются облигатными паразитами, способными развиваться только внутри клеток хозяина. Они поражают как прокариотические, так и эукариотические клетки. Вирусы прокариот называют фагами (бактериофагами). Литический цикл развития вируса (рис. 3.3) включает стадию заражения клетки-хозяина, при котором вирусная частица взаимодействует с рецепторами наружной оболочки клетки и прикрепляется к ним. На одной прокариотической клетке может адсорбироваться 200—300 фаговых частиц. Белковая оболочка вирусной частицы (капсид) остается на наружной стороне оболочки клетки-хозяина, а нуклеиновая кислота вируса, несущая генетическую информацию, проникает внутрь. Она может оставаться автономной или интегрироваться в наследственный материал хозяина и переключать активность клетки-хозяина на синтез новых вирусных частиц. После их сборки и созревания зараженная клетка разрушается (происходит ее лизис) и многочисленные новые вирусные частицы, попадая в окружающую среду, способны заражать новые клетки.

В ряде случаев генетический материал вируса может длительное время присутствовать в клетке-хозяине, не проявляя активности и не нарушая нормального клеточного метаболизма. Такое состояние вируса называют латентным, или лизогенным (см. рис. 3.3), поскольку при изменении условий генетический материал вируса способен переходить в активное состояние и осуществлять литический цикл. Латентные (умеренные) фаги при.

Рис. 33. Циклы развития вирусов

инфицировании встраивают свою нуклеиновую кислоту в геном прокариотической клетки и в дальнейшем репродуцируются синхронно с ним при делении. В этом случае дочерние клетки несут в себе неактивную форму фага — профаг. Лизогенные культуры приобретают устойчивость к повторному заражению этим же фагом, так как в цитоплазме клетки синтезируется белок-репрессор, подавляющий размножение вегетативных фагов и ингибирующий переход профага в активное состояние. Присутствие латентного фага приводит к изменениям свойств клетки-хозяина. Это явление называют фаговой конверсией.