BAKTERIÁLNÍ BUŇKA: VLASTNOSTI A STRUKTURA (ČÁSTI) - BIOLOGIE - 2025

Bakteriální buňka je nejjednodušší známé uspořádání živého organismu. Bakterie jsou jednobuněčné organismy, které nemají jádro ani organelu oddělenou od cytosolického obsahu membránou (všechny bakterie jsou klasifikovány v rámci domorodé domény).

Vědecké studie ukázaly, že navzdory skutečnosti, že bakteriální buňky nemají organely, mají velmi kontrolovanou a přesnou organizaci, regulaci a vnitřní dynamiku. Mají všechny potřebné mechanismy, aby přežily nepřátelské a měnící se podmínky prostředí, ve kterém žijí.

Obecný diagram bakterie a jejích částí (Zdroj: Tento vektorový obrázek je zcela vytvořen Ali Zifanem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) přes Wikimedia Commons)

Tato přizpůsobivost znamenala pro vědce důležitý nástroj a ideální biologický model pro studium základních principů molekulární biologie; Základní znalosti o replikaci, transkripci a translaci DNA byly pochopeny nejprve v bakteriálních buňkách před eukaryotickými buňkami.

Všechny bakteriální buňky jsou mikroskopické, to znamená, že je nelze pozorovat pouhým okem bez použití mikroskopu, což představuje velkou výhodu pro studium těchto mikroorganismů, protože v malém prostoru as malými nutričními zdroji je lze udržovat a studovat milionům živých buněk.

V současnosti je bakteriální buňka jedním z nejdůležitějších biotechnologických nástrojů. Vědci manipulují s extra chromozomální DNA bakterií, aby synteticky produkovali téměř jakýkoli protein lidského zájmu.

Obecné vlastnosti bakteriální buňky

Morfologicky mohou být bakteriální buňky velmi variabilní, ale přesto mají všechny společné vlastnosti. Například:

- Každá bakteriální buňka má buněčnou stěnu, která ji obklopuje, a je složena z kombinace uhlohydrátů s peptidy, která se nazývá „peptidoglykan“.

- Bakteriální buňky jsou jednobuněčné organismy, to znamená, že každá buňka je kompletní organismus, který může růst, živit se, množit se a umírat.

- Genetický materiál bakterií je „rozptýlen“ nebo rozptýlen ve velké spleť ponořené v buněčném cytosolu v oblasti známé jako nukleoidní oblast.

- Mnoho bakterií má specializované struktury pro lokomoce nazývané „bičík“, které jsou v nejvzdálenějších regionech jejich těla.

- Je běžné, že bakteriální buňky vytvářejí kolonie nebo udržují symbiotický vztah s jinými organismy a navíc mnoho bakterií je pro člověka patogenních.

- Většina bakterií je téměř 10 nebo 15krát menší než velikost jakékoli zvířecí buňky (eukaryotické), protože nepřesahují délku jednotky mikronů.

- Nacházejí se ve všech existujících prostředích v biosféře, protože tyto mikroorganismy jsou přizpůsobeny prakticky jakémukoli stavu prostředí.

Struktura bakteriální buňky (části)

Mnoho vědců rozdělí bakteriální buňku do tří anatomických oblastí, aby se usnadnilo studium. Tyto tři oblasti, které jsou společné pro jakýkoli typ pozorovaných bakteriálních buněk, jsou:

- Vnější region tvořený extracelulárními strukturami (mezi jinými bičíky, chlupy, řasenka)

- oblast pokrytí buněk, složená z buněčné stěny a cytoplazmatické membrány

- Vnitřní oblast tvořená cytosolem a všechny struktury v ní zavěšené.

V závislosti na druhu bakterie, která je studována v každé oblasti, jsou pozorovány některé struktury a části odlišné od „typické“ bakteriální buňky. Nejběžnější pro každou bakteriální buňku jsou však vysvětleny a klasifikovány podle každé oblasti, ve které jsou nalezeny.

Extracelulární region

- Kapsle: je to polymerní povrch, který pokrývá celou buněčnou stěnu bakterií. Je tvořena slizem a glykokalyxem, které jsou zase tvořeny hojnými molekulami sacharidů vázanými na lipidy a proteiny. Tobolka plní důležitou ochrannou funkci buňky.

- Film: je to povrch, kapalina nebo viskózní matrice, do které jsou bakteriální buňky ponořeny. Jsou tvořeny polysacharidy podobného složení jako polysacharidy kapsle a obecně plní funkce při ochraně a přemísťování buněk.

- Fimbriae: jedná se o druh velmi četných vláknitých přívěsků, které se nacházejí v buněčné stěně bakterií. Slouží pro mobilitu a přilnutí bakteriálních buněk na jakýkoli povrch. Jsou tvořeny hydrofobním proteinem zvaným pilin.

Fimbrie bakterií E. coli. Má přibližně 200. Zdroj: (Obrázek: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Sexuální pili: některé fimbrie (málo) jsou upraveny tak, aby vytvořily určitý druh „dýmky“, kterou bakterie používají pro konjugaci (přenos genetického materiálu mezi různými bakteriemi), což je druh „sexuální reprodukce“ primitivní.

- Flagella: jsou to delší vlákna než fimbrie a jsou tvořeny bílkovinami; mají „ocasní“ vzhled. Plní hnací funkci pro pohyb buněk a jsou ukotveny k buněčné membráně. Ve stejné bakteriální buňce se nachází jedna až stovka bičíků.

Bakterie Vibrio vulnificus s bičíkem. CDC / Janice Haney Carr / Public domain

Schéma bakteriálního bičíku (Zdroj: LadyofHats / Public Domain, přes Wikimedia Commons)

Oblast pokrytí

Pokrytí buněk se obecně skládá z cytoplazmatické membrány a peptidoglykanové vrstvy, která se nazývá „buněčná stěna“. Obálka je tvořena komplexy lipidů, uhlohydrátů a bílkovin. Chemické složení peptidoglykanové obálky se používá jako klasifikace pro rozlišení mezi dvěma typy bakterií.

Gram pozitivní bakterie a gramnegativní bakterie. Grampozitivní bakterie se vyznačují tím, že mají silnou vrstvu peptidoglykanu, bez vnější membrány, která jej zakrývá, zatímco gramnegativní bakterie mají pouze tenkou vrstvu peptidoglykanu s vnější membránou navrstvenou na něm.

- Cytoplazmatická membrána: má podobnou strukturu jako buněčná membrána eukaryotických buněk. Je to fosfolipidová dvojvrstva s přidruženými proteiny (integrální nebo periferní). Od membrány eukaryotických buněk se však liší tím, že nemá endogenně syntetizované steroly.

Cytoplazmatická membrána bakteriálních buněk je jednou z nejdůležitějších struktur, protože zde dochází k fúzi buněk, transportu elektronů, sekreci proteinů, transportu živin a biosyntéze lipidů atd.

Vnitřní region

- Genom: na rozdíl od eukaryotických buněk není genom bakteriálních buněk obsažen v membránovém jádru. Místo toho existuje jako spleť DNA, která je zhutněna do více či méně kruhového tvaru a spojuje se s některými proteiny a RNA. Tento genom je mnohem menší než eukaryotický genom: má velikost přibližně 3 až 5 MB a tvoří jediný kruhový topologický chromozom.

- Plazmidy nebo extrachromozomální molekuly DNA: jsou to malé cirkulární molekuly DNA, které jsou schopné replikace nezávisle na buněčné genomické DNA. Obecně se molekuly plazmidové DNA vyměňují během konjugace, protože v nich je kódována informace nezbytná pro rezistenci na antibiotika a / nebo toxiny.

Bakteriální DNA a plazmidy. Původní soubor: Uživatel: Spaully. Překlad: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomy: ribosomy se účastní translace RNA, která byla přepsána ze sekvence genu, který kóduje protein. Každá bakteriální buňka má asi 1500 aktivních ribozomů uvnitř. Ribozomové podjednotky bakteriální buňky jsou 70, 30 a 50, zatímco eukaryotické buňky mají 60 a 40 s podjednotky.

Pro antibiotika je běžné napadat ribozomy bakterií, blokovat translaci proteinů a způsobovat buněčnou lýzu nebo smrt.

- Endospory: bakterie mají vnitřní spory, které jsou ve spícím stavu a používají se k přežití v extrémních podmínkách prostředí. Endospory vycházejí ze spícího stavu, když různé receptory na povrchu detekují, že podmínky jsou opět příznivé; Tím se vytvoří nová, plně funkční bakteriální buňka.

Zelené endospory uvnitř bakteriálních buněk. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Granule nebo inkluzní tělíska: fungují jako druh rezervy pro uhlohydráty, fosfátové sloučeniny a další molekuly. Jejich složení se liší podle druhu bakterie a jsou snadno viditelné v cytoplazmě pomocí optických mikroskopů.

Reference

1. Cabeen, MT, a Jacobs-Wagner, C. (2005). Tvar bakteriálních buněk. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, a Smith, CJ (2007). Struktura a složení mikrobů.
3. Gitai, Z. (2005). Nová biologie bakteriálních buněk: pohyblivé části a subcelulární architektura. Cell, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). Obal bakteriálních buněk. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L. a Woolverton, CJ (2009). Prescottovy principy mikrobiologie. Boston (MA): McGraw-Hill Higher Education.