ANATOMIA CELULEI BACTERIENE

ANATOMIA CELULEI BACTERIENE

organizarea intern a bacteriilor a fost mult timp controversat, existnd opinia c celulele bacteriene ar fi lipsite de o structur intern sau ar avea una foarte rudimentar;

constituenii celulari, n funcie de poziionarea lor fa de peretele celular, sunt:

extraparietali:

capsula bacterian,

stratul mucos,

flagelii,

pilii,

fimbriile,

intraparietali:

omembrana citoplasmatic,

omezosomii,

ocitoplasma,

onucleosomul,

oplasmidele,

oribozomii,

ovacuolele,

oincluziile,

oendosporul.

Structurile celulei bacteriene pot fi:

eseniale pentru viaa celulei, prezente invariabil la toate celulele bacteriene (membrana citoplasmatic, citoplasma, nucleosomul, ribozomii);

accesorii, pot lipsi la unele bacterii (flagelul, plasmidele, endosporul) sau apar doar n unele perioade de via ale celulei (incluziile, vacuolele, endosporul).

PERETELE CELULAR BACTERIAN

structur de nveli bine definit, n general rigid, care delimiteaz celula bacterian;

20 40% din greutatea uscat a celulei bacteriene, cu o grosime de 15 35nm;

n funcie de prezena i particularitile de structur ale peretelui celular, n regnul Prokaryotae se disting 4 categorii de bacterii:

Firmacutes (de la firmus (lat.) = tare, cutis = nveli), cu bacterii cu perete celular gros, rigid, lipsit de o membran extern, caracteristic bacteriilor Gram (+);

Gracilicutes (gracilis (lat.) = subire, fin), cu bacterii cu perete celular subire, cu o membran extern, caracteristic bacteriilor Gram (-);

Mollicutes sau Tenericutes (mollis, tener (lat.) = moale) cu bacterii din grupul Mycoplasma, lipsite de perete celular, la care membrana citoplasmatic ce conine steroli devine nveli extern;

Mendosicutes (mendosus = o structur cu defecte), care cuprinde organismele din grupul Archaea, cu un perete celular atipic, din care lipsete mureina, avnd n compoziia lor chimic pseudomurein, ce le permite s triasc n condiii extreme de mediu.

PERETELE CELULAR BACTERIAN LA BACTERIILE GRAM POZITIVE

gros (15 30 nm), rigid, alctuit din mureina (peptidoglican, glicopeptid, mucopeptid, glucozaminopeptid), sensibil la lizozim:

Componenta glicanic - lanuri paralele polizaharidice;

Componenta peptidic este un tetrapeptid, cu o compoziie n aminoacizi variabil n funcie de specie, care conine L-alanin, D-alanin, D-glutamin, L-lizin;

la exteriorul stratului de murein sunt prezeni acizii teichoici (teichos (gr.) = zid), polizaharide specifice, sub forma unor molecule polimerice lungi, flexibile, cu aspect tubular. PERETELE CELULAR BACTERIAN LA BACTERIILE GRAM NEGATIVE subire (8 12 nm), cu un strat fin de murein sensibil la lizozim;

componenta peptidic a peretelui bacteriilor Gram negative conine acid diaminopimelic (derivat al lizinei);

stratul de peptidoglicani este aderent la membrana citoplasmatic formnd mpreun cu aceasta membrana intern, la exterior stratul de peptidoglicani prezint o membran extern, cu o grosime de 6 20 nm, care nu este sensibil la lizozim, ci la EDTA (etilen-diamino-tetraacetat) 30%;

ntre cele dou membrane se delimiteaz spaiul periplasmic Membrana extern, cu o structur similar cu cea a membranei citoplasmatice, cuprinde: fosfolipide (35%) - dublu strat;

proteine (15%) - inclavate n dublul strat fosfolipidic;

lipopolizaharide (50%) (LPS) - prezint trei poriuni:

lipidul A, legat de stratul de fosfolipide;

componenta oligozaharidic (poriunea central R);

componenta polizaharidic (antigenul somatic O), variabil ca structur i compoziie chimic, determin specificitatea antigenic a celulei bacteriene.

FUNCIILE PERETELUI CELULAR BACTERIAN menine arhitectura structural a celulei i forma acesteia;

particip la procesele de cretere i multiplicare bacterian;

particip la procesul de sporogenez;

funcioneaz ca o barier de permeabilitate ntre interiorul i exteriorul celulei.

Acizii teichoici :

asigur celulelor bacteriene Gram pozitive concentraii adecvate de ioni metalici n micromediul de la suprafaa celulei;

inhib fagocitoza i mresc gradul de patogenitate al bacteriilor Gram pozitive patogene;

acioneaz ca receptori pentru bacteriofagi.

Membrana extern: scade capacitatea de fagocitoz a celulelor gazd fa de bacteriile Gram negative patogene;

prin intermediul porinelor asigur trecerea unor substane din mediul extracelular n cel intracelular;

antigenul somatic O confer celulelor bacteriene specificitate antigenic;

lipopolizaharidele au rol de endotoxin, rspunztoare de efectele nocive asupra celulelor gazd.

MEMBRANA CITOPLASMATIC formaiune structural ce acoper de jur mprejur citoplasma bacterian, separnd-o de suprafaa intern a peretelui celular;

grosimea membranei este de 7 10 nm;

Singer i Nicolson au propus n 1972 modelul mozaicului fluid pentru a descrie structura membranei plasmatice (un ocean de fosfolipide pe care plutesc iceberguri de proteine).

MEMBRANACELULARBACTERIANMEMBRANA CITOPLASMATIC Structura membranei:

Fosfolipidele n dublu strat, cu gruprile:

hidrofobe nepolare fa n fa, reprezentate de doi acizi grai;

hidrofile polare, reprezentate de o grupare fosfat, orientate spre mediile apoase externe sau interne ale celulei;

Proteinele - inclavate n dublul strat de fosfolipide; pot fi:

proteine integrate: transmembranare i structurale;

proteine periferice (de suprafa), care sunt enzime active ctre peretele celular sau ctre citoplasm;

Glucidele - slab reprezentate n structura membranei plasmatice, sub form de:

glicoproteine,

glicolipide

ROLUL MEMBRANEI PLASMATICE transportul substanelor de la exteriorul celulei ctre interiorul acesteia i n sens invers; este o barier osmotic prin permeabilitatea pentru unele tipuri de molecule i impermeabilitatea pentru altele.

echivalentul funcional al mitocondriilor i al cloroplastelor;

intervine n biosinteza peretelui celular;

intervine n mobilitatea orientat a bacteriei prin recepionarea mesajelor chimice din mediu, determinate de substane repelente sau atractante; intervine n sinteza i eliminarea unor exoenzime i a unor proteine toxice bacteriene (exotoxine).

CITOPLASMA BACTERIAN sistem coloidal complex, corespunde strii fizice de gel;

format din proteine, glucide, lipide, ap i substane minerale;

n citoplasm se gsesc: materialul nucleosomal, mezosomii, ribozomii, incluziile, vacuolele;

starea de gel permanent are ca rezultat o imobilitate a coninutului celular n lipsa curenilor citoplasmatici i reprezint o condiie indispensabil a nemiscibilitii nucleosomului cu citoplasma, avnd n vedere lipsa membranelor intracelulare;

aspectul citoplasmei variaz n funcie de vrsta celulei bacteriene i de condiiile de cultivare:

la celulele tinere (culturi de 24 48 h) i n condiii favorabile de mediu, citoplasma este dens, omogen, fin granular (datorit ribozomilor);

la celulele mbtrnite i n condiii nefavorabile de mediu, citoplasma i pierde treptat afinitatea pentru coloranii bazici i capt un aspect granular, neomogen, cu multiple vacuole.

NUCLEOSOMUL BACTERIANMaterialul genetic bacterian:

Nucleosomul (nucleoid, material nuclear, echivalent nuclear, genofor), corespunde din punct de vedere funcional cromozomului;

plasmidele, care poart gene accesorii.

Nucleosomul bacterian form primitiv de organizare a nucleului, lipsit de membran nuclear, inclavat direct n citoplasm, ntr-o zon numit nucleoplasm, care este mai clar, n raport cu citoplasma propriu-zis, care este mai dens;

extras prin metode speciale din celula bacterian, sub forma unui corpuscul dens i compact, nucleosomul s-a dovedit a fi alctuit dintr-o singur molecul de ADN, dublu catenar, circular, covalent nchis, cu o lungime de aproximativ 1400m i diametrul de 2,5nm.

este cea mai mare molecul biologic i prin lungimea sa depete de 1000 de ori lungimea celulei bacteriene.

n structura dublu catenar a nucleoidului intervin modificri topologice, care constau ntr-un proces de mpachetare prin suprarsucire (supraspiralizare) dup norme extrem de riguroase, ocupnd astfel un volum de 1500 de ori mai mic.

MPACHETAREA MATERIALULUI NUCLEOSOMALFUNCIILE MATERIALULUI GENETIC nucleosomul conine informaia genetic esenial necesar existenei celulelor bacteriene n mediul lor natural;

cuprinde aproximativ 3000 4000 gene, ce asigur:

formarea structurilor celulare bacteriene,

metabolismul energetic i biosintetic,

reglarea activitilor celulare,

replicarea celulei bacteriene,

potenialul de evoluie a celulei.

pe medii neobinuite, celulele bacteriene prezint, pe lng nucleosom, o informaie genetic accesorie, reprezentat de plasmide: molecule de ADN dublu catenar, circular, covalent nchis, numite i minicromozomi, reprezentnd 1 2% din mrimea nucleosomului bacterian, cu un numr mic de gene.

RIBOZOMII

particule nucleoproteice intracitoplasmatice, de form aproximativ sferic i cu un diametru de 20nm, cu constanta de sedimentare 70S;

numrul ribozomilor n celula bacterian este corelat cu activitatea ei fiziologic, mic n celulele n repaus i mare n celulele fiziologic active, variaz ntre 15000 100000/celul;

sunt constitueni eseniali ai sistemului de traducere a informaiei genetice, reprezentnd adevrate fabrici de proteine, la nivelul lor desfurndu-se ciclul ribozomal, ce determin iniierea, creterea i terminalizarea lanului polipeptidic;

ribozomii bacterieni 70S au dou subuniti:

o subunitate mare, 50S, cu form de fotoliu

o subunitate mic, 30S, cu form de halter asimetric, aezat orizontal pe braele i sptarul fotoliului;

ribozomii 70S conin 55 molecule de proteine i 3 molecule de ARN ribosomal:

subunitatea mare - 34 molecule diferite de proteine (L1 - L34) i dou molecule de ARNr: 23S, 5S;

subunitatea mic - 21 molecule proteice (S1 - S21) i o molecul de ARNr, cu o constant de sedimentare 16S.

INCLUZIILE BACTERIENE formaiuni structurale inerte, care apar n citoplasma bacteriilor aflate la sfritul perioadei de cretere activ, de regul n condiii de abunden a surselor nutritive i n prezena unui dezechilibru ntre carbon i azot;

reprezint rezerve intracelulare pentru microorganisme, care dispar dup trecerea celulelor respective n medii srace n nutrieni;

ENDOSPORUL BACTERIAN sporul bacterian este o form primitiv de difereniere celular, care const n formarea n celula vegetativ a unui nou tip de celul, cu ultrastructur, compoziie chimic i enzimatic diferit;

cea mai comun form de spor endosporul - sporul tipic, e frecvent ntlnit la bacteriile Gram pozitive cilindrice (de exemplu la genurile Bacillus, Clostridium) i n mod excepional la bacterii sferice (Sporosarcina);

are form sferic sau ovalar, o refringen deosebit i e foarte greu colorabil, altfel dect prin tehnici speciale energice;

sporul poate fi:

terminal,

subterminal

ecuatorial (central)

nedeformant (terminal, subterminal, central)

deformant (terminal, ecuatorial).

1.Spor central nedeformant

2.Spor terminal nedeformant, cu cristale proteice parasporale

3.Spor terminal deformant

4.Spor central deformant

Spori de

Clostridium difficileENDOSPORUL BACTERIAN o poriune central - protoplastul sporal, format din:

perete sporal,

citoplasm granular denumit sporoplasm, n care se gsesc:

ribozomii materialul nuclear nucleoplasm o zon transparent - cortex, alctuit din peptidoglican modificat; un nveli sporal lamelar cu 3 straturi suprapuse:

la interior este situat intina bistratificat;

un strat mijlociu; exina multistratificat.

la unele bacterii exist n jurul sporului un exosporium, uneori multistratificat, ancorat de spor prin filamente suspensoare; unii spori au la una dintre extremiti un smoc de apendici sporali, de aproximativ dou trei ori mai lungi dect sporul, cu aspect tubular i cu striaii orizontale sau n form de pan.

ENDOSPORUL BACTERIAN. Compoziia chimic a sporului deosebirile dintre spor i celula vegetativ nu sunt de ordin cantitativ, ci calitativ, referindu-se la starea apei: apa liber din spor este n cantitate foarte redus, ntre 3 10%, iar restul de 90 97% este n stare legat de constituenii celulari, apa legat nu este implicat n procese metabolice; sporul este n stare de via latent (criptobioz), fr metabolism sau cu un metabolism extrem de redus; n celula vegetativ 70% din ap este n stare liber, implicat n diverse procese metabolice;

particularitile de structur i compoziie chimic a sporilor determin termorezistena acestora, deosebita rezisten la substanele chimice (antiseptice, dezinfectani), rezistena la radiaii.

ENDOSPORUL BACTERIAN

Sporogeneza - procesul de formare a sporilor, care se desfoar n 6 7 stadii succesive i dureaz aproximativ 8 ore;

Germinarea sporilor - procesul de conversie a sporului n celula vegetativ, are loc atunci cnd sporul ntlnete condiii favorabile de mediu;

Endosporul este i o form de conservare viabilitii celulelor i deci a speciei, nefiind o form de multiplicare.

Are rol n diseminarea celulelor bacteriene n natur, deoarece pot fi rspndii la distane foarte mari i au o longevitate deosebit.

CAPSULA BACTERIAN structur accesorie, care acoper de jur mprejur celula bacterian;

material macromolecular, gelatinos, vscos, inegal dezvoltat de la o specie la alta;

forme de capsul:

Microcapsula - pelicul fin, cu o grosime mai mic de 0,2m, care acoper de jur mprejur peretele celulei bacteriene;

Macrocapsula - structur organizat, aderent de celul, cu o grosime mai mare de 0,2m, demonstrabil prin metode citologice;

Stratul mucos - mas amorf neorganizat, cu o grosime mult mai mare de 0,2m;

Zoogleea (zoon = animal; glee = substan vscoas) const din acelai material ca i stratul mucos, dar cuprinde mai multe celule bacteriene, formnd o asociaie bacterian mucilaginoas.

FLAGELUL BACTERIAN structuri extracelulare, organite de motilitate, cu o structur rudimentar n raport cu flagelul eucariotelor;

lungimea flagelului este variabil, de la 4 - 5m pn la 15m, ajungnd uneori pn la 70m, flagelii fiind mult mai lungi dect celula bacterian;

prezena lor poate fi dedus pe baza mobilitii accentuate a bacteriilor, care se deplaseaz n cmpul microscopic la ntmplare, n diferite direcii;

n funcie de prezena sau absena flagelilor, numrul i gruparea lor, au fost descrise mai multe tipuri de bacterii:

bacterii atriche (fr flagel)

bacterii monotriche (cu un singur flagel) - A

bacterii amfitriche (cu doi flageli, situai de obicei apical) - C

bacterii lofotriche (cu un smoc de flageli la unul din poli) - B

bacterii peritriche (cu flageli de jur mprejurul celulei) - D

FLAGELUL BACTERIAN - ULTRASTRUCTURA o poriune bazal rotatorie, cu caracter de motor rotativ :

la bacteriile Gram pozitive poriunea bazal e simpl, format din dou discuri unite ntre ele printr-un ax central, precum butonii unei manete;

la bacteriile Gram negative poriunea bazal este format din mai multe discuri unite printr-un ax central:

discul M, la nivelul membranei plasmatice, disc mobil,

discul S, n regiunea supramembranar;

discul P, legat de lanul de peptidoglicani;

discul L, la nivelul lipopolizaharidelor membranei externe a peretelui celular. o poriune n form de crlig, are caracter de articulaie flexibil universal, putndu-se roti mpreun cu filamentul cu 360;

extracelular flagelul propriu-zis, cu un diametru constant pe toat lungimea sa, de 20nm, cu micri de bici, nu ondulatorii.

FLAGELUL BACTERIAN prezena flagelilor asigur deplasarea activ a bacteriilor n medii lichide;

n medii neutre din punct de vedere chimic bacteriile se deplaseaz la ntmplare: o secund n linie dreapt, apoi o rostogolire n 0,1 secunde cu schimbarea direciei de deplasare, urmat de o nou deplasare n linie dreapt timp de o secund;

viteza de deplasare a bacteriilor este mai mare dect a macroorganismelor, raportat la dimensiunile proprii: bacteriile flagelate se deplaseaz cu 20-80m pe secund, ceea ce reprezint o vitez de 40 lungimi/secund.

micarea orientat preferenial a bacteriilor = taxie, n funcie de: substanele chimice din mediu (chimiotaxie):

substanele chimiotactic pozitive = atractante

substanele chimiotactic negative = repelente

lumin (fototaxie),

concentraia de oxigen (aerotaxie),

temperatur (termotaxie).

PILII apendici filamentoi neflagelari, a cror sintez este codificat de gene localizate pe plasmide numite "plasmide de sex" sau conjugoni;

celulele purttoare de pili au capacitatea de a dona material genetic celulelor lipsite de pili;

sunt alctuii din molecule identice de pilin, care se sintetizeaz n celul, este transferat n lumenul pilului i este asamblat dup o simetrie helical la extremitatea liber a pilului;

FIMBRIILE structuri de tipul apendicelor filamentoase drepte i rigide, mai scurte i mai subiri dect flagelii, sintetizate sub controlul unor gene situate pe cromozomul bacterian;

sunt alctuite din molecule de fimbrilin aezate dup o simetrie helical, determinnd o structur tubular;

sunt considerate structuri adaptative, cu rolul de a mri suprafaa de contact a bacteriei cu mediul nconjurtor, fiind utilizate pentru absorbia nutrienilor;