МИКРОБИОЛОГИЯ Учебное пособие - 2012

ГЛАВА 3. МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ

3.2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

По химическому составу бактериальная клетка в общих чертах сходна с клетками других живых организмов. В ней содержатся такие же биокомпоненты: вода, минеральные соединения, органические вещества — белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды (табл. 2).

Таблица 2. Химический состав бактериальной клетки

Вода составляет большую часть вегетативной клетки бактерии — 70—85 % от общей массы. Роль воды в жизни клетки огромна. Она служит растворителем органических и минеральных веществ, дисперсионной средой для коллоидов и средой для протекания метаболических реакций, источником водородных и гидроксильных ионов. Кроме того, вода выполняет механическую роль в обеспечении тургора (натяжения). В гипертоническом растворе происходит потеря клеткой воды и отслоение протопласта от клеточной стенки бактерии. Это явление носит название плазмолиза.

Потеря большого количества воды нарушает обмен веществ и приводит к гибели клетки. Вода в клетке находится как в свободном состоянии, так и связанном со структурными элементами клетки. В спорах бактерий количество воды уменьшается до 18—20 %, и она практически вся находится в связанном состоянии.

Белки составляют значительную часть сухой массы клетки, и содержание их зависит от природы и условий культивирования бактерий. Белки содержатся в различных клеточных структурах и выполняют разнообразные функции. Многие из белков являются ферментами — катализаторами биохимических реакций; некоторые белки являются структурными элементами клетки — входят в состав клеточной стенки, мембраны, жгутиков, капсулы и др. Белки-пермеазы выполняют транспортную функцию — обеспечивают перенос питательных веществ в клетку. Отдельные белки (токсины) обусловливают патогенность бактерий.

В состав бактериальных белков входит уникальная аминокислота, не встречающаяся в клетках высших организмов, — диаминопимелиновая:

Впервые диаминопимелиновая кислота была обнаружена в клетках дифтерийной палочки. Позже оказалось, что эта кислота имеется у большинства видов палочковидных бактерий и актиномицетов. Исключение составляют шаровидные формы бактерий, у которых она заменена лизином — аминокислотой, близкой по строению диаминопимелиновой.

Наряду с простыми белками в клетках бактерий обнаруживаются сложные белки: нуклеопротеины, гликопротеины, липопротеины.

Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные нуклеиновым кислотам любой живой клетки. ДНК в виде бактериальной хромосомы ответственна за хранение и передачу наследственной информации. У некоторых бактерий молекулы ДНК небольшого размера обнаруживаются в цитоплазме, их называют плазмидами. Общее содержание ДНК составляет 3—4 % от сухой массы клетки. Рибонуклеиновые кислоты (информационная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка. Их содержание составляет в среднем до 10 % сухой массы клетки.

Углеводы входят в состав клеточной стенки, капсулы, а также являются запасными питательными веществами бактериальной клетки. Среди углеводов в бактериальной клетке обнаруживаются моно-, ди- и полисахариды. Основную часть углеводов составляют полисахариды — крахмал, гликоген, гранулеза, которые относятся к резервным веществам и по мере необходимости используются клеткой в качестве источника углерода. В состав клеточной стенки входят аминосахара: N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин, а также мурамовая кислота — производное D-глюкозамина. Кроме внутриклеточных, многие микроорганизмы синтезируют внеклеточные полисахариды, которые входят в состав капсулы и слизистых слоев. В частности, Leuconostocmesenteroides в среде, содержащей сахарозу, синтезирует полисахарид декстран. Некоторые спорообразующие бациллы синтезируют леван, являющийся полимером фруктозы. Уксуснокислые бактерии вида tobacter xylinum образуют целлюлозу.

Липиды в основном входят в состав мембран, а также клеточной стенки бактерий. Находящиеся в цитоплазме бактерий липиды выполняют роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицеридами. Общее содержание липидов в клетках различных бактерий сильно варьирует: от 5 % (у дифтерийной палочки) до 30—40 % (у палочки туберкулеза).

Минеральные вещества бактерий обнаруживают после сжигания клеток. Среди них доминирующее положение занимает фосфор. Он входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, ряда коферментов. В значительных количествах выявляются также калий, натрий, сера, железо, кальций, магний. Остальные минеральные вещества (медь, кобальт, барий, марганец и др.) обнаруживаются в виде микроэлементов.