Komórka bakterii: różne części komórki ogólnej bakterii (wyjaśnione za pomocą diagramów) Mikro Biologia

Różne części uogólnionej komórki bakterii pokazano na rysunku 2.3 i opisano je w następujący sposób:

1. Flagella:

Wici bakteryjnej są cienkimi, nitkowatymi włoskowatymi helicznymi przydatkami, które wystają przez ścianę komórkową i są odpowiedzialne za ruchliwość bakterii. Większość ruchliwych bakterii posiada wici.

Jego długość wynosi około 10-15μ. Wici bakteryjnej są całkowicie odmienne od wici eukariotycznej w strukturze i mechanizmie działania. Są znacznie cieńsze niż wici lub rzęski komórek eukariotycznych. Nie ma błony komórkowej nad wici bakteryjnej w przeciwieństwie do wici eukariotycznej.

Co więcej, wici bakteryjne, w przeciwieństwie do wici eukariotycznych, są nieco sztywne i nie biczują się tam iz powrotem, raczej obracają się jak śmigło łodzi dla ruchu komórki. Wici bakteryjnej składają się z trzech części; (a) Podstawowy korpus, (b) Hak i (c) Włókno (rysunek 2.4).

(za) Podstawowe ciało:

Tworzy podstawową część wici i jest zakotwiczony w błonie cytoplazmatycznej i ścianie komórkowej. Zapewnia zakotwiczenie do wici, a także działa jako silnik, w ten sposób nadając ruch obrotowy wić.

Składa się z małego centralnego pręta przechodzącego przez system pierścieni. W przypadku bakterii Gram-dodatnich, w których ściana komórkowa składa się wyłącznie z warstwy peptydoglikanu, korpus podstawowy ma tylko jedną parę pierścieni; pierścień M i pierścień S, oba osadzone w błonie komórkowej.

Otaczające te pierścienie są białka grupowe zwane białkami mot. Ruch protonowy przez błonę komórkową przez te białka mot produkuje siłę napędową protonu (energię) potrzebną do obrotu tych dwóch pierścieni, które ostatecznie działają jako silnik dla obrotowego wrzeciona wirnika.

Inna grupa białek, zwana białkami fli, jest obecna pomiędzy tymi dwoma pierścieniami. Działają one jako przełącznik silnika, odwracając rotację wici w odpowiedzi na sygnały wewnątrzkomórkowe.

W przypadku bakterii Gram-ujemnych, w których ścianka komórki składa się z warstwy zewnętrznego lipopolisacharydu (LPS) oprócz cieńszej wewnętrznej warstwy peptydoglikanu, korpus podstawowy ma jeszcze jedną parę pierścieni; pierścień L osadzony w warstwie LPS i pierścień P w cienkiej warstwie peptydoglikanu.

(b) Hak:

Krótki haczyk łączy ciało podstawowe z włóknem wici. Jest nieco grubszy niż włókno. Czynność ruchowa ciała podstawowego jest przenoszona na filament przez haczyk.

(c) Włókno:

Jest to długowłosa filamentowa część wici, która wyłania się z haczyka. Jest kilka razy dłuższy niż komórka bakterii. Wykonany jest z jednego rodzaju białka, "flageliny", której masa cząsteczkowa wynosi około 40 000. Cząsteczki flagelliny tworzą łańcuchy; trzy takie łańcuchy łączą się, tworząc wić. W przeciwieństwie do włosów, które rosną u nasady, włókno wici rośnie na końcu.

Aminokwasy przechodzą wzdłuż wydrążonego środka filamentu i dodają do jego dalszego końca. Proces ten nazywa się samoorganizacją, ponieważ wszystkie informacje dotyczące końcowej struktury żarnika znajdują się w samych podjednostkach białkowych. Włókno jest nieco sztywne i nie biczowanie tam iz powrotem, a raczej wiruje jak śmigło łodzi dla ruchu komórki.

W krętkach brakuje zewnętrznej wici. Jednak poruszają się one za pomocą struktury podobnej do wici, znajdującej się w ich komórkach tuż pod zewnętrzną otoczką. Nazywane są one wiciami okołoporodowymi, wiciami osiowymi, włóknami osiowymi lub endoflagellą.

Wici są rozmieszczone na różne sposoby u różnych bakterii. Układ wici na komórkach bakterii nazywa się biczowaniem. Biczowanie ma cztery następujące typy (rysunek 2.5).

(a) Monstrualne biczowanie (Mono: pojedyncze, trichous: włosy): Pojedyncza wić jest obecna na jednym końcu komórki.

(b) Lophotric biczowanie (Lopho: tuft; trichous: włosy): pęczek lub grupa wici jest obecna na jednym końcu komórki.

(c) Amfityczny biczowanie (Amphi: oba, trichous: włosy): Flagella są obecne na obu końcach komórki pojedynczo lub w pęku.

(d) Peritrichous biczowanie (Peri: wokół, trichous: włosy): Flagella są obecne na całej powierzchni komórki.

2. Fimbriae:

Fimbrie to cienkie, nitkowate, podobne do włosów wyrostki, które są strukturalnie podobne do wici, ale nie biorą udziału w ruchliwości bakterii (ryc. 2.3). W przeciwieństwie do wici, są znacznie krótsze i liczniejsze, ale podobnie jak wici, są zbudowane z cząsteczek białka.

Fimbrie są obecne w kilku gatunkach bakterii, które pomagają im przyłączyć się do komórek innych organizmów i zapobiegać ich zmywaniu przez przepływ śluzu lub płynów ustrojowych. W ten sposób szczególnie pomaga chorobotwórczym bakteriom wywołać infekcję w ciele gospodarza. Pomagają również tworzyć pellicles lub biofilmy na powierzchniach.

3. Pili:

Pili to cienkie, nitkowate, podobne do włosów wyrostki, które są strukturalnie podobne do wici, ale nie biorą udziału w ruchliwości bakterii (rysunek 2.6). Są również strukturalnie podobne do fimbrii, ale generalnie są dłuższe i tylko jeden lub kilka pilusów jest obecnych na powierzchni komórki bakteryjnej.

Wykonany jest z jednego rodzaju białka, "pilin", którego masa cząsteczkowa wynosi około 17 000. Cząsteczki Pilin ułożone są spiralnie, tworząc pojedyncze sztywne włókno z centralnym pustym rdzeniem. W niektórych bakteriach materiał genetyczny jest przenoszony przez wydrążony rdzeń pilów podczas koniugacji (łączenie się z inną bakterią).

Takie piloci nazywane są pilami płodnymi (F pili) lub pili seksualnymi. U niektórych patogennych bakterii, pili zachowują się podobnie do fimbrii w połączeniu z komórkami gospodarza i powstaje infekcja. Działanie aglutynujące pili powoduje tworzenie się warstw bakterii widocznych na powierzchni kultur bulionowych.

4. S-Layer:

Warstwa S (warstwa powierzchniowa) jest warstwą znajdującą się na powierzchni większości patogennych bakterii, która składa się z dwuwymiarowej tablicy białek o krystalicznym wyglądzie w różnych symetriach, takich jak sześciokątne, tetragonalne lub trimeryczne (rysunek 2.7) .

Krystaliczna symetria zależy od składu białek warstwy S. Jest on związany ze strukturą ściany komórkowej (z warstwą peptydoglikanu w bakteriach Gram-dodatnich oraz z warstwą LPS w bakteriach Gram-ujemnych).

Funkcjonuje jako bariera przepuszczalności zewnętrznej, pozwalająca na przechodzenie substancji o niskiej masie cząsteczkowej i wykluczając substancje o dużej masie cząsteczkowej. Zapewnia także ochronę patogennym bakteriom przed mechanizmem obronnym gospodarza.

5. Kapsułka (warstwa szlamu lub glikokaliksu):

Wiele bakterii ma lepki, lepki lub lepki materiał poza komórką, otaczając ścianę komórkową (ryc. 2.8). Wykonany jest z makromolekuł, które nie są kowalencyjnie związane z bakteriami.

Te makrocząsteczki powierzchniowe to głównie naładowane polisacharydy (glikoproteiny lub glikolipidy) i dlatego są nazywane "glikokaliksem" (gliko: węglowodany, kielich: część kwiatu pod płatkami wystającymi na zewnątrz od łodygi). Glikokalix jest definiowany jako materiał zawierający polisacharydy leżący na zewnątrz komórki jako luźna sieć włókien polimerowych wychodzących na zewnątrz z komórki.

Są syntetyzowane i wydzielane przez bakterie, które wiążą się z receptorami na powierzchni tkanek gospodarza. Glycocalyx nie tylko znajduje się wokół niektórych komórek bakterii; znajduje się również wokół niektórych komórek roślinnych i zwierzęcych.

Glycocalyx może mieć trzy następujące typy:

(a) Kapsułka:

Jest to powłoka polimerowa składająca się z gęstej, dobrze zdefiniowanej lepkiej warstwy blisko otaczającej komórki bakterii u wielu gatunków. Warstwa lepka może być wizualizowana za pomocą mikroskopii świetlnej przy użyciu specjalnej techniki barwienia.

Włókna polimeru glikokaliksu są zorganizowane w ciasną matrycę, która wyklucza cząstki, takie jak tusz indyjski. Bakterie, które mają kapsułkę, nazywane są bakteriami kapsułkowymi, podczas gdy te, które nie mają kapsułki, nazywane są bakteriami niekapsułkowanymi.

(b) Mikrokapsułka:

Jest to lepka warstwa otaczająca komórki bakterii, która jest tak cienka, że ​​nie można jej wizualizować za pomocą mikroskopu świetlnego.

(c) Szlam:

Jest to rozproszona masa włókien polimerowych pozornie nieprzymocowanych do żadnej pojedynczej komórki. Warstwa lepka jest tak gruba, że ​​wiele komórek jest osadzonych w macierzy śluzowej. Warstwa jest łatwo deformowana i nie wyklucza cząstek. Trudno jest wizualizować je za pomocą mikroskopu świetlnego.

Funkcje kapsułki i szlamu podano poniżej:

1. Zapobiega suszeniu komórek, wiążąc cząsteczki wody.

2. Zapobiega przywieraniu bakteriofagów (wirusów, które atakują bakterie) do komórek bakterii.

3. Zapewnia zjadliwość (zdolność wywoływania choroby) poprzez hamowanie ich rozpoznawania, a następnie niszczenie przez fagocyty (krwinki białe lub WBC).

4. Pomaga chorobotwórczym bakteriom w zaabsorbowaniu ich przylegania do receptorów na powierzchni tkanek gospodarza.

5. Zapewnia przyleganie pomiędzy różnymi komórkami bakteryjnymi.

6. Płaszcze:

Pochwy są długimi, pustymi strukturami rurkowymi, które obejmują łańcuchy komórek bakteryjnych tworzących "włosie" (Ryc. 2.9). Bakterie osłonięte są powszechne w siedliskach słodkowodnych, które są bogate w materię organiczną, takie jak zanieczyszczone strumienie, filtry ściekowe i aktywowane fermentory szlamu w oczyszczalniach ścieków. Owłosienie można łatwo zwizualizować, gdy niektóre komórki, zwane "biczami chrobrego", wędrują z pochwy pozostawiając pustą osłonę.

7. Pros-thecae:

Pros-thecae są cytoplazmatycznymi przedłużeniami komórek bakteryjnych, które tworzą wyrostki takie jak hypha, łodyga lub pączek. Mają one mniejszą średnicę niż dojrzałe komórki, zawierają cytoplazmę i są ograniczone ścianą komórkową. Bakterie mające pros-thecae nazywane są bakteriami prosthekatowymi.

W przeciwieństwie do podziału komórek w innych bakteriach, który zachodzi poprzez rozszczepienie binarne, produkując dwie równoważne komórki bakterii potomnych, które w prostenatach obejmują tworzenie nowej komórki potomnej z komórką macierzystą zachowującą swoją tożsamość po zakończeniu podziału komórki.

"Hyphae" są komórkowymi przydatkami utworzonymi przez bezpośrednie komórkowe przedłużenie komórki macierzystej zawierającej ścianę komórkową, błonę komórkową, rybosom i czasami DNA. Tworzy się przez wydłużenie niewielkiego wyrostka komórki bakteryjnej w jednym punkcie.

Taki wzrost w jednym punkcie nazywany jest "wzrostem polarnym" w przeciwieństwie do "wzrostu interkalacyjnego" zachodzącego we wszystkich innych bakteriach, w którym wzrost bakterii odbywa się na całej powierzchni. Na końcu hypha powstaje pączek, który powiększa i wytwarza wić.

DNA w komórce macierzystej ulega replikacji, a kopia okrągłego DNA zostaje przesunięta w dół do poziomu pączka. Następnie przegrody krzyżowe oddzielają wciąż rozwijający się pączek od hypha i komórki macierzystej.

Teraz pąk zrywa z komórki macierzystej i odpływa jako komórka potomna. Później komórka potomna traci wić i stopniowo rośnie, aby stać się komórką macierzystą gotową do tworzenia strzępek i pączka.

"Szypułki" są komórkowymi przydatkami wykorzystywanymi przez niektóre wodne bakterie do przyłączenia do stałego podłoża. Na końcu łodygi znajduje się struktura zwana "holdfast", dzięki której łodyga jest przymocowana do podłoża. Oprócz zapewnienia przyczepności, łodyga zwiększa również powierzchnię komórki bakteryjnej, co pomaga jej w absorpcji składników odżywczych i usuwaniu odpadów.

U niektórych bakterii łodygi kilku osobników pozostają połączone, tworząc "rozety". Podział komórek w podłożonych bakteriach zachodzi w wyniku wydłużenia komórki w kierunku przeciwnym do kierunku łodygi, po której następuje rozszczepienie. Pojedyncza wić tworzy się na biegunie naprzeciwko łodygi.

Tak uformowana komórka-córeczka jest nazywana "rójką". Oddziela się od niezebranizowanej komórki macierzystej, pływa po niej i przyczepia się do nowej powierzchni, tworząc nową łodygę na flagelowanym słupie. Wić w ten sposób zostaje utracona.

"Pąki" są komórkowymi przydatkami, które bezpośrednio rozwijają się jako komórki potomne z komórek macierzystych bez interweniującego tworzenia strzępek.

8. Ściana komórki:

Ściana komórkowa jest sztywną strukturą, która natychmiast otacza błonę komórkową komórek bakteryjnych. Błona komórkowa komórek bakterii jest dwuwarstwą fosfolipidową podobną do wszystkich innych komórek zwierzęcych i roślinnych (rysunek 2.11).

Podczas gdy komórki zwierzęce pozbawione są ściany komórkowej, komórki roślinne i komórki bakterii mają ścianę komórkową otaczającą błonę komórkową. Jednak w przeciwieństwie do ściany komórkowej komórek roślinnych, która składa się głównie z celulozy, ściana komórkowa komórek bakteryjnych składa się głównie z warstw peptydoglikanu (rysunek 2.10).

Wcześniej peptydoglikan był również nazywany mureiną lub mukopeptydem. Peptydoglikan składa się głównie z aminokwasów i cukrów (peptyd: łańcuch aminokwasów, glikan: cukier). Dwa cukry, mianowicie N-acetyloglukozamina (NAGA) i kwas N-acetylomuramowy (NAMA) są ze sobą połączone naprzemiennie poprzez wiązania glikozydowe (wiązanie β-1-4), tworząc długie równoległe łańcuchy cukrowe.

Do cząsteczek NAMA przyłączone są krótkie łańcuchy boczne składające się z czterech lub pięciu aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. Zwykle aminokwasami są alanina, kwas glutaminowy i lizyna lub kwas diaminopimelinowy (DAP). Te krótkie peptydy tworzą wiązania poprzeczne między sąsiednimi łańcuchami cukrowymi tworząc sieć lub warstwę.

Chociaż wiązania glikozydowe w łańcuchach cukrowych są bardzo silne, same te nie mogą zapewnić sztywności we wszystkich kierunkach. Wysoka sztywność jest uzyskiwana tylko wtedy, gdy łańcuchy te są sieciowane przez wiązania peptydowe w krótkich peptydach sieciujących.

Skład ściany komórkowej nie jest taki sam dla wszystkich bakterii; istnieją raczej znaczne różnice w jego składzie, na podstawie których pogrupowano bakterie w sposób podany poniżej:

A. Na podstawie barwienia metodą Grama:

W oparciu o różnice w składzie ściany komórkowej, specjalna technika barwienia zwana "barwienie plam", nazwana na cześć dr Christiana Grama, który ją opracował, różnicuje bakterie na dwie grupy w następujący sposób:

(1) Bakterie Gram-dodatnie:

Po zabarwieniu bakterii fioletem krystalicznym, jeżeli jego ściana komórkowa jest odporna na odbarwianie przez przemywanie środkiem odbarwiającym (etanolem lub acetonem), jest to bakteria gram-dodatnia. Przykłady: Bacillus, Staphylococcus.

(2) Bakterie Gram-ujemne:

Po zabarwieniu bakterii fioletem krystalicznym, jeśli jego ściana komórkowa umożliwia odbarwienie przez przemywanie środkiem odbarwiającym (etanolem lub acetonem), jest to bakteria gram-ujemna. Przykłady: Escherichia, Salmonella, Vibrio.

Różnicowanie bakterii do grup Gram-dodatnich i Gram-ujemnych dostarcza najważniejszej wskazówki do dalszych działań w kierunku identyfikacji nieznanych bakterii.

Gram-dodatnia ściana komórkowa:

Gram-dodatnia ściana komórkowa jest bardzo prosta. Wykonany jest głównie z grubej warstwy peptydoglikanu, który stanowi około 90% ściany komórkowej. Gruba warstwa sprawia, że ​​bakterie Gram-dodatnie są odporne na lizę osmotyczną.

Ściana może również zawierać kwas teichonowy, kwas lipotejchojowy i białko M, które są głównymi antygenami powierzchni Gr-dodatniej ściany komórkowej. Kwas teichonowy ma ładunek ujemny i częściowo odpowiada za ładunek ujemny powierzchni komórek bakterii. Pomaga również w przejściu jonów przez ścianę komórkową.

Kwas lipotejchojowy jest kwasem teichonowym, który jest związany z lipidami błonowymi. Białko M pomaga niektórym bakteriom wywoływać choroby, zapobiegając ich wchłanianiu przez WBC. Antybiotyki, penicylina (wytwarzana przez grzyby, Penicillium notatum) i cefalosporyna zabijają bakterie gram-dodatnie, zapobiegając syntezie peptydoglikanu. Lizozym (enzym znajdujący się w łzie, ślinie, albuminie jaja i szlamie ryb) zabija bakterie Gram-dodatnie, rozbijając wiązanie glikozydowe (wiązanie β-1-4) pomiędzy NAGA i NAMA.

Gram-ujemna ściana komórkowa:

Gram-ujemna ściana komórkowa jest bardzo złożona i bardziej krucha niż ściana komórkowa gram-dodatnia. Ma cienką warstwę peptydoglikanu, który stanowi tylko około 10% ściany komórkowej. Otoczony jest grubą warstwą ochronną zwaną warstwą lipopolisacharydową (LPS), która jest odporna na przenikanie niektórych potencjalnie toksycznych chemikaliów do komórki bakterii.

Warstwa LPS składa się z 1) warstwy lipoproteinowej i 2) zewnętrznej membrany. Jedna powierzchnia warstwy lipoproteinowej jest bezpośrednio przyłączona do warstwy peptydoglikanu, a druga powierzchnia rozciąga się do błony zewnętrznej.

Działa jako kotwica między warstwą peptydoglikanu i błoną zewnętrzną. Błona zewnętrzna jest dwuwarstwową fosfolipidową otoczką białkową o strukturze "jednostkowej membrany" podobnej do błony komórkowej. Wewnętrzny liść zewnętrznej błony jest warstwą samych cząsteczek fosfolipidów.

Jednak w przeciwieństwie do membrany jednostkowej, niektóre cząsteczki fosfolipidów w zewnętrznym liściu są zastąpione cząsteczkami LPS. Każda cząsteczka LPS jest utworzona z części lipidowej zwanej "lipidem A" kowalencyjnie związanej z włosowatym polisacharydem.

Kiedy Gram-ujemne bakterie chorobotwórcze są zabijane wewnątrz organizmu gospodarza, lipid A, który jest składnikiem wewnętrznym bakterii Gram-ujemnych, jest uwalniany, wywołując reakcje toksyczne i objawy choroby. Z tego powodu lipid A jest również nazywany "endotoksyną" (endo: wewnętrzna).

Natomiast "egzotoksyna" jest substancją toksyczną syntetyzowaną wewnątrz komórek bakterii i uwalnianą na zewnątrz, co powoduje chorobę, jeśli jest obecna lub wchodzi do organizmu gospodarza. W przeciwieństwie do innych normalnych lipidów, takich jak triglicerydy, które są utworzone z trzech kwasów tłuszczowych związanych z glicerolem, lipid A jest wytwarzany z kwasów tłuszczowych związanych z disacharydem złożonym z dwóch fosforanów NAGA.

Kwasy tłuszczowe w lipidach A są zwykle kwasami kapronowymi, laurynowymi, mirystynowymi, palmitynowymi i stearynowymi. Polisacharyd, który jest związany z lipidem A na drugim końcu disacharydu, składa się z dwóch części; 1) wewnętrzny rdzeń polisacharydu i 2) zewnętrzny O-polisacharyd.

Zewnętrzna membrana zawiera również białka zwane "porinami", które zawierają trzy identyczne podjednostki. Każda podjednostka jest cylindryczna z centralnym poriem, przez który przechodzą materiały. W ten sposób poryny sprawiają, że błona zewnętrzna jest względnie przepuszczalna.

Poryny są dwojakiego rodzaju; 1) niespecyficzne poryny, które tworzą kanały wypełnione wodą dla małych substancji dowolnego typu i 2) specyficzne poryny, które posiadają specyficzne miejsca wiązania dla przepuszczania określonych substancji.

Kilka materiałów (roztwory, strzykawki, igły itp.), Chociaż są one wolne od drobnoustrojów chorobotwórczych przez sterylizację cieplną, nadal zachowują szczątkowe resztki ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych wytwarzanych przez ich zabijanie. W przypadku wprowadzenia do organizmu gospodarza ten szczątek ściany komórkowej może wywoływać objawy choroby. Ten rozerwany fragment ściany komórkowej, który może wywoływać objawy choroby, nazywany jest "pirogenem".

B. W oparciu o szybkie barwienie kwasami:

W oparciu o różnice w składzie ściany komórkowej, inna specjalna technika barwienia zwana "barwieniem kwasoodpornym" różnicuje bakterie na dwie grupy w następujący sposób:

(1) Bakterie szybko kwasowe:

Bakteria, która jest niezwykle trudna do wybarwienia, ale raz zabarwiona, jest równie trudna do usunięcia plam z komórek, nawet przy energicznym stosowaniu kwaśnego alkoholu jako czynnika odbarwiającego, jest bakterią odporną na kwasy (kwaśną) bakteria).

Przykłady: Mycobacterium spp. [M. gruźlica (bakterie TB), M. leprae (bakterie trądu), M. smegmatis (naturalne bakterie smegma), M. marinum (bakterie gruźlicy morskich ryb)]. Mają grubą woskową ścianę komórkową wykonaną z materiałów lipidowych.

(2) Bakterie bezkwasowe:

Bakteria, która łatwo ulega zabarwieniu, a także łatwo odbarwia ją kwaśny alkohol jako środek odbarwiający, to bakteria bezkwasowa (bakterie bezkwasowe). Przykłady: Wszystkie inne bakterie z wyjątkiem Mycobacterium spp. W tych bakteriach ściana komórkowa nie jest gęsta woskowa.

Różnicowanie bakterii w grupy szybko reagujące z kwasami i bez kwasów daje najważniejszą wskazówkę do identyfikacji Mycobacterium spp.

Warianty pozbawione ścian:

Niektóre bakterie naturalnie istnieją bez ściany komórkowej. Mycoplasma, która jest najmniejszą bakterią, nie ma ściany komórkowej. Jest chroniona przed lizą osmotyczną przez obecność steroli w błonie komórkowej i przez przyjęcie pasożytniczej egzystencji w sprzyjającym osmotycznie środowisku gospodarzy eukariotycznych.

Podobnie niektóre bakterie morskie nie mają ściany komórkowej, w której zapobiega się lizie osmotycznej przez wysokie stężenie soli w wodzie morskiej. Większość bakterii Gram-dodatnich traci swoją ścianę komórkową (peptydoglikan) w obecności lizozymu.

Jednak ich komórki przeżywają, jeśli są obecne w środowisku izotonicznym, takim jak ropie rany. Te bakterie z niedoborem ścianek składające się tylko z protoplazmy otoczonej błoną komórkową nazywane są "protoplastami" lub "formami L" (L dla Instytutu Lister w Londynie).

Po usunięciu lizozymu mogą wznowić wzrost poprzez syntezę ich ściany komórkowej. Jeśli protoplast zachowuje fragmenty ściany komórkowej, tak że komórka przyjmuje kształt amorokowy, wystający tam, gdzie nie ma ściany komórkowej, nazywany jest "sferoplast".

Powstaje także sferoplast, gdy peptydlikoglikan ściany komórkowej Gram-ujemnej jest usuwany przez traktowanie lizozymem. Tutaj protoplazmę zamykają dwie warstwy: błona komórkowa i warstwa LPS.

Funkcje ściany komórkowej:

(a) Formularz ochrony Lizy:

Chroni komórki bakterii przed lizą osmotyczną, ponieważ większość z nich pozostaje w hipotonicznych środowiskach. To dlatego, że; stężenie rozpuszczonych substancji rozpuszczonych wewnątrz komórek bakterii jest znacznie wyższe niż w środowisku. Powoduje to znaczny wzrost ciśnienia turbinowego wewnątrz ogniw, który może być porównywalny z ciśnieniem wewnątrz opony samochodowej. Ściana komórkowa pomaga wytrzymać to ciśnienie.

(b) Kształt i sztywność:

Zapewnia kształt i sztywność komórkom bakteryjnym.

9. Przestrzeń periplazmatyczna:

Jest to cienka przestrzeń między ścianą komórki a błoną komórkową (ryciny 2.10 i 2.11). Jest wypełniony plazmą zwaną peryplazmą. Periplazmat zawiera kilka białek, z których trzy są ważne.

Są to: 1) enzymy hydrolityczne, które pomagają w początkowej degradacji cząsteczek żywnościowych bakterii, 2) białka wiążące, które rozpoczynają proces transportu substratów i 3) chemoreceptory, które biorą udział w reakcji chemotaksji bakterii. Chemotaksja oznacza ruch w kierunku lub z dala od substancji chemicznej.

10. Membrana komórkowa:

Jest cienką membraną pod ścianą komórki, która całkowicie otacza protoplazmę. Nazywa się go również "membraną cytoplazmatyczną" lub "błoną plazmatyczną". Jest to dwuwarstwa fosfolipidowa osadzona w białku (rysunek 2.11).

W dwuwarstwie wbudowane są dwa typy białek. Jeden rodzaj białka jest wytrwale utrzymywany w dwuwarstwie i nazywa się go "białkami integralnymi". Inne rodzaje białek są luźno zakotwiczone na powierzchni dwuwarstwy i nazywane są "białkami peryferyjnymi".

Składniki membrany nie są statyczne; raczej są dynamiczne i zawsze są w stanie ruchu jak "płyn". Białka zapewniają membranę o wyglądzie "mozaikowym".

Dlatego; membrana jednostkowa jest zwykle wyrażana przez "model mozaiki płynowej". Dwuwarstwowa fosfolipid składa się z dwóch przeciwległych warstw, z których każda składa się z warstwy cząsteczek fosfolipidów. Z każdej cząsteczki fosfolipidów wyłania się głowa i para ogonków.

Głowa jest naładowana i hydrofilowa (kochająca wodę), dla której pozostaje w środowisku wodnym. Ogonki są nienaładowane i hydrofobowe (nienawidzące wodę), dla których pozostają ukryte w membranie z dala od środowiska wodnego. Taka membrana nazywana jest "membraną jednostkową".

Sterole, które są obecne w błonie jednostkowej wszystkich eukariotów jako środek wzmacniający, są nieobecne w błonach jednostkowych praktycznie wszystkich bakterii. Jednak cząsteczki podobne do steroli, zwane "humanoidami", występują w kilku bakteriach, które odgrywają rolę podobną do steroli u eukariotów. Jednym z ważnych humanoidów jest "diploptene", który ma 30 atomów węgla.

Funkcje błony komórkowej:

(a) Bariera przepuszczalności:

Wnętrze komórki (cytoplazma) składa się z wodnego roztworu soli, cukrów, aminokwasów, witamin, koenzymów i szerokiej gamy innych rozpuszczalnych materiałów. Hydrofobowa natura membrany komórkowej czyni ją szczelną barierą.

Chociaż niektóre małe hydrofobowe cząsteczki mogą przechodzić przez membranę przez dyfuzję, cząsteczki hydrofilowe i naładowane (większość rozpuszczalnych w wodzie cząsteczek) nie przechodzą przez nią łatwo. Cząsteczki te są transportowane przez nie przez określone systemy transportu.

Nawet substancja tak mała jak jon wodorowy (H ⁺ ) nie dyfunduje przez błonę komórkową. Jedyną cząsteczką, która przenika przez membranę, jest woda, która jest wystarczająco mała i nienaładowana, aby przejść między cząsteczkami fosfolipidów.

Tak więc błona komórkowa jest krytyczną barierą oddzielającą wnętrze komórki od jej otoczenia i zapobiegającą biernemu wyciekowi składników cytoplazmy do komórki lub z niej. Jeśli membrana zostanie uszkodzona, integralność komórki zostanie zniszczona, zawartość wewnętrzna wycieknie do środowiska i komórka umrze.

(b) Bariera selektywna:

Błona komórkowa jest również wysoce selektywną barierą. Specyficzne białka, zwane "systemami transportu błony" obecne na błonie komórkowej iw jej wnętrzu, umożliwiają i ułatwiają transport określonych substancji przez nią poprzez aktywny i pasywny transport.

Strukturalnie, systemy transportu błony są białkami zbudowanymi z 12 alfa helis, które wiją się w tę iz powrotem przez błonę, tworząc kanał, przez który transportowana substancja jest przenoszona do lub z komórki.

Te białka mogą wiązać się ze specyficznymi substancjami, które mają być transportowane i przenosić je do lub z komórki przez membranę, jeśli jest to wymagane. Umożliwia to komórkom bakteryjnym skoncentrowanie określonych substancji w komórce i usunięcie określonych substancji z komórki na zewnątrz.

Istnieją trzy rodzaje białek transportujących błony, takie jak 1) Uniporters, które transportują jeden typ cząsteczki tylko w jednym kierunku przez błonę, 2) Symportery, które transportują jeden typ cząsteczki i zawsze transportują inny typ cząsteczki wraz z nim w w tym samym kierunku i 3) Antiportery, które transportują jeden typ cząsteczki i zawsze transportują inny typ cząsteczki w przeciwnym kierunku.

Transport substancji może odbywać się na trzy sposoby, na przykład 1) Prosty transport, w którym transport odbywa się przez membranę za pomocą energii z siły napędowej protonu, 2) translokacja grupowa, w której transportowana substancja ulega chemicznej zmianie podczas przejścia przez membranę i 3) transport ABC (kaseta wiążąca ATP), w której białko wiążące się peryplazmatycznie w peryplazmie wiąże się specyficznie z substancją, białko obejmujące błonę, które rozpościera się w poprzek błony transportuje ją przez błonę i cytoplazmę Białko hydrolizujące ATP obecne w cytoplazmie dostarcza energię dla zdarzenia transportowego.

(c) Hydroliza zewnątrzkomórkowa:

Błona komórkowa wydziela wiele enzymów na zewnątrz, aby pozakomórkowo rozpaść się dużych cząstek pokarmu w cząsteczki, które mogą przedostać się do komórki przez błonę.

(d) Oddychanie:

Bakterie nie mają mitochondriów. Dlatego oddychanie komórkowe, aby uzyskać energię z materiałów spożywczych, odbywa się w błonie komórkowej, która zawiera enzymy łańcucha oddechowego. Jest to urządzenie do oszczędzania energii w komórce.

Membrana może istnieć w postaci "naładowanej" energetycznie, w której na jej powierzchni występuje separacja protonów (H ⁺ ) od jonów hydroksylowych (OH-). Ta separacja ładunku jest formą energii metabolicznej, analogiczną do energii potencjalnej obecnej w naładowanej baterii.

Energetyczny stan błony, nazywany "siłą napędową protonów" (PMF), jest odpowiedzialny za napędzanie wielu funkcji wymagających energii w komórce, w tym niektórych form transportu, ruchliwości i biosyntezy energii elektrycznej komórki, ATP .

(e) Fotosynteza:

Bakterie fototroficzne przeprowadzają fotosyntezę przez specjalne organelle zwane "chromatoforami", które powstają w wyniku wyobraźni błony komórkowej. Organelle te zawierają enzymy i pigmenty do fotosyntezy.

(f) Wchłanianie składników odżywczych:

Substancje odżywcze w otoczeniu są bezpośrednio absorbowane przez komórki w błonie komórkowej. "Mezosomy" to błonowe inwokacje błony komórkowej do cytoplazmy, które zwiększają powierzchnię dla efektywnej absorpcji.

(g) Powielanie:

Bakterie rozmnażają się przez rozszczepienie binarne. Każda komórka dzieli się na dwie komórki potomne. W procesie błona komórkowa tworzy nową ścianę komórkową między dzielącymi się komórkami potomnymi.

11. Cytoplazma:

Lepka substancja podobna do płynu, wypełniająca przedział w błonie komórkowej, nazywana jest cytoplazmą (ryc. 2.10 i 2.11). Jest to płyn wytworzony z wody, enzymów i małych cząsteczek. Zawiesiny w płynie są stosunkowo przezroczystym regionem materiału chromosomalnego zwanego "nukleoidem", ziarnami rybosomu i inkluzjami cytoplazmatycznymi, które magazynują energię.

12. Nucleoid:

Jest to zagregowana masa DNA, która tworzy chromosom bakterii (rysunek 2.12). Ponieważ bakterie są prokariotami, ich DNA nie jest ograniczone do jądra związanego z błoną, jak to ma miejsce w eukariotach.

Jednak nie jest on rozproszony w komórce, raczej ma tendencję do agregowania jako odrębna struktura w komórce bakterii i jest nazywany "nukleoidem" (rysunek 2.12). Rybosomy są nieobecne w regionie nukleoidów, ponieważ nukleoidowy DNA istnieje w postaci żelopodobnej, która wyklucza cząstki stałe.

Większość bakterii zawiera tylko jeden chromosom, który składa się z pojedynczego, kolistego dwuniciowego DNA, chociaż niektóre bakterie mają liniowy chromosomalny DNA. Zazwyczaj chromosomalny DNA jest szeroko skręcany i składany do "supersprężystego DNA", aby pomieścić go w małej przestrzeni nukleoidu.

Super-zwinięty DNA jest bardziej zwarty niż wolny kołowy DNA. Bakterie zawierają tylko jedną kopię każdego genu na swoim chromosomie i dlatego są genetycznie "haploidalne". W przeciwieństwie do tego, eukarioty zawierają dwie kopie każdego genu w swoich chromosomach i dlatego są genetycznie diploidalne.

Gen można zdefiniować jako dowolny segment DNA, który odpowiada za szczególny charakter organizmu gospodarza. Każda postać organizmu jest określona przez konkretny gen, który składa się z określonego segmentu DNA.

Chromosomalny DNA bakterii zawiera podstawowe "geny utrzymujące dom", które są niezbędne do podstawowego przetrwania bakterii. To DNA jest rozdzielane pomiędzy dwie komórki potomne podczas podziału komórki.

Poza genami chromosomalnymi, poza chromosomem obecne są również geny inne niż chromosomalne. Na przykład, plazmidy zawierają określone geny, które nadają bakteriom szczególne właściwości. Suma wszystkich genów obecnych w komórce nazywa się "genomem".

13. Plazmidy:

Jest to kilka nie chromosomalnych DNA znalezionych w cytoplazmie niektórych bakterii (rysunek 2.12). Każdy plazmid składa się z małego kolistego fragmentu dwuniciowego DNA, który może replikować niezależnie od chromosomu. Wiele plazmidów jest raczej małych, ale niektóre są dość duże.

Jednak żaden plazmid nie jest tak duży jak chromosom. Plazmidy nie mają genów niezbędnych do wzrostu lub przetrwania bakterii. Mogą mieć geny odpowiedzialne za oporność na antybiotyki, wytwarzanie toksyn lub wytwarzanie powierzchniowych przydatków niezbędnych do przywiązania i ustalenia infekcji.

Tak więc, plazmidy zawierają geny, które nadają bakteriom szczególne właściwości, w przeciwieństwie do chromosomalnego DNA, który zawiera niezbędne geny utrzymujące dom, niezbędne do podstawowego przetrwania bakterii.

Niektóre plazmidy, które mogą integrować się z chromosomowym DNA gospodarza, są nazywane "episomami". Plazmidy można również wyeliminować z komórki bakterii gospodarza w procesie zwanym "utwardzaniem". Niektóre plazmidy są szeroko stosowane w manipulacjach genów i inżynierii genetycznej.

14. Rybosomy:

Są to ciała ziarniste obecne w cytoplazmie, w której zachodzi synteza białek (rysunek 2.3). Są tak liczne, że ich obecność nadaje ciemnemu wyglądowi cytoplazmy. Rozmiar każdego bakteryjnego rybosomu wynosi 70 S (70 Svedberg), który składa się z dwóch podjednostek o rozmiarze 50S i 30S. Natomiast rozmiar każdego eukariotycznego rybosomu wynosi 80 S składający się z dwóch podjednostek o rozmiarze 60S i 40S.

15. Wazony gazowe:

Pęcherzyki gazowe są wypełnionymi gazem strukturami znajdującymi się w cytoplazmie (rysunki 2.3 i 2.13). Są to wydrążone cylindryczne rury zamknięte na każdym końcu za pomocą wydrążonej stożkowej nasadki. Ich liczba w komórce może wynosić od kilku do setek.

Ich długość i szerokość różnią się w różnych bakteriach, ale wakuole każdej danej bakterii są mniej więcej stałej wielkości. Są puste, ale sztywne. Są nieprzepuszczalne dla wody i substancji rozpuszczonych, ale są przepuszczalne dla większości gazów. Dlatego skład gazu znajdującego się w ich wnętrzu jest taki sam jak gazu, w którym zawieszony jest organizm.

Gaz znajduje się w wakuolach przy ciśnieniu około 1 atm. nacisk. Dlatego sztywność membrany z pęcherzyków gazowych jest niezbędna, aby wakuola była odporna na nacisk wywierany na nią z zewnątrz. Z tego powodu składa się z białek zdolnych do tworzenia sztywnej membrany, a nie lipidów, które tworzyłyby płynną, wysoce mobilną membranę.

Istnieją dwa rodzaje białek, które tworzą membranę. Są to 1) GvpA i 2) GvpC (białka wakuoli gazowej A i C). GvpA jest głównym białkiem wakuoli gazowych, który jest mały i wysoce hydrofobowy (rysunek 2.13). Jest białkiem muszlowym i stanowi 97% całkowitego białka wakuoli gazowych.

Paliwa gazowe składają się z kilku cząsteczek białka GvpA ustawionych w równoległe "żebra" tworzące wodoszczelną powierzchnię. Białka GvpA fałdują się jako (3-arkuszowe, a zatem dają znaczną sztywność całkowitej strukturze wakuoli, GvpC jest większym białkiem, ale występuje w znacznie mniejszej ilości.

Wzmacnia powłokę pęcherzyków gazowych, działając jako środek sieciujący, wiążąc kilka żeber GvpA razem jak zacisk. Ostateczny kształt wakuoli gazowych, które mogą się różnić w różnych organizmach od długich i cienkich do krótkich i tłuszczu, jest funkcją tego, jak białka GvpA i GvpC są ułożone w nienaruszone wakuole.

Ponieważ pęcherzyki gazu są wypełnione gazami, ich gęstość wynosi około 5-20% gęstości właściwa komórki. Tak więc nienaruszone pęcherzyki gazu zmniejszają gęstość komórek bakterii, nadając im w ten sposób pływalność.

Większość pływających wodnych bakterii ma pęcherzyki gazu, które zapewniają pływalność i pomagają im unosić się na powierzchni wody lub w dowolnym miejscu w słupie wody. Pęcherzyki gazowe działają również jako środek ruchliwości, umożliwiając komórkom unoszenie się i opuszczanie w słupie wody w odpowiedzi na czynniki środowiskowe.

Na przykład wodne organizmy fototroficzne korzystają z wakuoli gazowych, które pomagają im szybko dostosowywać swoje położenie w słupie wody do regionów, w których natężenie światła dla fotosyntezy jest optymalne. Membrana wakuoli gazowej nie jest odporna na wysokie ciśnienie hydrostatyczne i może się zawalić, co prowadzi do utraty pływalności. Po zawaleniu, pęcherzyki gazu nie mogą być ponownie napełnione.

16. Obejmuje:

Nieżywotne materiały rezerwowe zawieszone w cytoplazmie nazywane są "inkluzjami" (rysunek 2.3). Większość wtrąceń jest ograniczona cienką nie-jednostkową błoną składającą się z lipidów oddzielających je od otaczającej cytoplazmy.

Ich funkcją jest magazynowanie energii lub strukturalnych bloków budulcowych. Różne bakterie zawierają różne rodzaje inkluzji.

Niektóre z typowych wtrętów znalezionych w komórkach bakterii opisano poniżej:

(a) Granulki kwasu poli-β-hydroksymasłowego (PHB):

Są to granulki składające się z kwas β-hydroksymasłowy (PHB), który jest substancją lipidopodobną. Monomery kwasu β-hydroksymasłowego łączy się ze sobą w łańcuchu za pomocą estrów w celu utworzenia polimeru kwas β-hydroksymasłowy. Polimery agregują w granulki.

(b) Granulki poli-β-hydroksyalkanianu (PHA):

Jest to zbiorcze określenie używane do opisania wszystkich klas polimerów magazynujących węgiel / energię znajdujących się w cytoplazmie bakteryjnej. Najbardziej powszechnymi granulkami PHA są granulki PHB. Długość monomerów w polimerze może zmieniać się od tak krótkiego jak C4 (w granulkach PHB) do tak długo jak _C18 (w innych granulkach) w wielu bakteriach.

(c) Granulki Volutin:

Są to granulki złożone z polifosforanów. Podstawowy barwnik, błękit toluidynowy, staje się czerwonofioletowym, gdy łączy się z granulkami polifosforanu. To zjawisko zmiany koloru nosi nazwę "metachromasy". Dlatego granulki volutin są również nazywane "granulkami metachromatycznymi".

(d) Granulki glikolowe:

Są to podobne do skrobi polimery zbudowane z podjednostek glukozy. Granulki glikogenu są zwykle mniejsze niż granulki PHB. Są to magazyny węgla i energii w komórkach bakterii.

(e) Granulki siarkowe:

Są to granulki elementarnej siarki wytwarzane przez jej akumulację w cytoplazmie. Elementarna siarka pochodzi z utleniania zredukowanych związków siarki, takich jak siarkowodór i tiosiarczan. Granulki pozostają tak długo, jak długo występuje źródło zredukowanej siarki. Gdy źródło znika, wykorzystując komórki bakterii, granulki również znikają powoli.

(f) Magnetosomy:

Magnetosomy to granulki magnetytu żelaza, Fe ₃ O ₄ . Dają stały dipol magnetyczny do komórki bakteryjnej, pozwalając mu reagować na pola magnetyczne. Membrana zawierająca fosfolipidy, białka i glikoproteiny otaczają każdy magnetosom.

Białka błonowe odgrywają rolę w wytrącaniu ^{Fe3 +} (wprowadzanego do komórki w postaci rozpuszczalnej przez czynniki chelatujące) jako Fe3O4 w rozwijających się magnetosomach. Morfologia magnetosomów wydaje się być specyficzna gatunkowo, zmieniając się w zależności od kształtu kwadratowego do prostokątnego, w kształcie kolca w niektórych bakteriach.

Magnetosomy występują głównie w bakteriach wodnych. Bakterie wytwarzające magnetosomy orientują się i migrują wzdłuż pola geomagnetycznego. Zjawisko to nosi nazwę "magnetotaksji". Bakterie, które wykazują magnetotaksję, nazywane są "bakteriami magnetotaktycznymi".

Nie ma dowodów na to, że bakterie magnetotaktyczne czata wykorzystują systemy sensoryczne bakterii chemotaktycznych lub fototaktycznych. Zamiast tego, wyrównanie magnetosomów w komórce bakterii po prostu nadaje mu właściwości magnetyczne, które następnie ukierunkowują komórkę w określonym kierunku w jej otoczeniu. Zatem lepszym terminem do opisania tych organizmów są "bakterie magnetyczne".

17. Endospore:

Jest to zróżnicowana komórka utworzona w komórce pewnych gram-dodatnich bakterii w kształcie pałeczki, która może wytrzymać ciężkie niekorzystne warunki, takie jak ciepło, zimno, promieniowanie, starzenie się, toksyczne chemikalia i brak składników odżywczych.

Przeważnie następujące trzy rodzaje bakterii w kształcie pałeczki mogą wytwarzać endospory w niesprzyjających warunkach:

I. Aerobowe bakterie w kształcie prętów

1. Bacillus spp.

II. Beztlenowe bakterie w kształcie prętów

2. Clostridium spp.

3. Desulfotomaculum spp.

Struktura Endospore:

Struktura endospor jest znacznie bardziej złożona niż struktura komórki wegetatywnej, ponieważ ma wiele warstw. Poniżej podano warstwy od zewnątrz do wewnątrz (rysunek 2.14).

(za) Exosporium:

Jest to najbardziej zewnętrzna warstwa, która jest cienkim, delikatnym pokryciem, wykonanym z białek.

(b) Płaszcz zarodników:

Wykonany jest z warstw białek specyficznych dla przetrwalników. Działa jak sito, które wyklucza duże toksyczne cząsteczki, takie jak lizozym, jest odporne na wiele toksycznych cząsteczek i może również zawierać enzymy biorące udział w kiełkowaniu przetrwalnika.

(do) Kora:

Wykonany jest z luźno usieciowanego peptydoglikanu.

(d) Rdzeń:

Zawiera zwykle struktury komórek bakterii, które obejmują ścianę komórkową (ścianę rdzenia), otaczającą protoplast zarodników. Protoplast zarodników składa się z błony komórkowej, cytoplazmy, nukleoidu, rybosomów, inkluzje i tak dalej.

W ten sposób zarodnik różni się strukturalnie od komórki wegetatywnej przede wszystkim w rodzajach struktur znajdujących się poza ścianą rdzenia.

Właściwości rdzenia Endospore:

Rdzeń dojrzałej endospory różni się znacznie od komórki wegetatywnej, z której się tworzy.

Właściwości rdzenia endospory są następujące:

(a) Jedna substancja chemiczna charakterystyczna dla endospor, ale nieobecna w komórkach wegetatywnych, to kwas dipikolinowy (DPA). Znajduje się w rdzeniu.

(b) Zarodniki są również bogate w jony wapnia, z których większość jest połączona z kwasem dipikolinowym. Kompleks kwasu wapniowo-dipikolinowego w rdzeniu stanowi około 10% suchej masy endospory.

(c) Poza tym, że ma dużą zawartość kwasu wapnia-dipikolinowego (Ca-DPA), rdzeń jest częściowo odwodniony. Rdzeń dojrzałej endospory zawiera jedynie 10-30% zawartości wody w komórce wegetatywnej, a zatem konsystencja rdzeniowej cytoplazmy jest taka jak żelu.

Odwodnienie rdzenia znacznie zwiększa odporność termiczną endosporii, a także nadaje odporność na chemikalia, takie jak nadtlenek wodoru (H ₂ O ₂ ) i powoduje, że enzymy obecne w rdzeniu pozostają nieaktywne.

(d) Oprócz niskiej zawartości wody w zarodniku, pH cytoplazmy rdzeniowej jest o około jedną jednostkę niższe niż w komórce wegetatywnej.

(e) Rdzeń zawiera wysokie poziomy specyficznych dla rdzenia białek zwanych "małymi białkami zarodników rozpuszczalnych w kwasach" (SASP). Są one syntetyzowane podczas procesu spekulacji i mają dwie funkcje. Najpierw wiążą się ściśle z DNA w rdzeniu i chronią go przed potencjalnymi uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem UV, wysuszeniem i suchym upałem. Po drugie, działają one jako źródło węgla i energii dla rozwoju nowej komórki wegetatywnej w procesie kiełkowania.

Cykl przetrwalników:

W niekorzystnych warunkach powstaje przetrwalnik w komórce wegetatywnej przez odwodnienie i kurczenie się zawartości komórek (rysunek 2.14). Ta spora, utworzona wewnątrz komórki bakterii, nazywa się "endosporą". Jeśli niekorzystne warunki pogorszą się, komórka pęknie, uwalniając endosporę, która teraz staje się niezależną, nieaktywną komórką zwaną "przetrwalnikiem".

Proces, w którym komórka wegetatywna wytwarza zarodnik, nazywany jest "sporogenezą" lub "sporulacją". Zarodnik pozostaje w nieaktywnej formie uśpionej, dopóki nie utrzymają się niekorzystne warunki. Po powrocie sprzyjających warunków, zarodnik wraca do formy wegetatywnej i ponownie staje się aktywny.

Warstwy pokrywające pęknięcie zarodników i zarodnik tworzą aktywną metabolicznie komórkę wegetatywną. Proces, w którym zarodnik zmienia się w komórkę wegetatywną, nazywa się "kiełkowaniem".

Cykliczny proces przejścia z postaci wegetatywnej do zarodnika w niekorzystnych warunkach iz powrotem do postaci wegetatywnej w sprzyjających warunkach nazywany jest "cyklem zarodników".

Dwie połówki cyklu zarodników podano poniżej:

A. Sporulacja:

Sporulacja obejmuje bardzo złożoną serię zdarzeń w różnicowaniu komórek (rysunek 2.14). Wiele genetycznie ukierunkowanych zmian w komórce jest podstawą przekształcenia z wilgotnej, aktywnej metabolicznie komórki w suchą, metabolicznie nieaktywną, ale wyjątkowo oporną przetrwalnik.

Zmiany strukturalne występujące w sporulujących komórkach można podzielić na kilka etapów. Cały proces sporulacji trwa około kilku godzin. Badania genetyczne wykazały, że aż 200 genów bierze udział w typowym procesie sporulacji.

Podczas sporulacji synteza niektórych białek zaangażowanych w funkcjonowanie komórek wegetatywnych ustaje i rozpoczyna się synteza specyficznych białek zarodników. Białka te są nazywane "białkami zarodników rozpuszczalnych w małych kwasach" (SASP).

Osiąga się to poprzez aktywację różnych genów specyficznych dla przetrwalników, w tym spo, ssp (który koduje SASP) i wiele innych genów w odpowiedzi na niekorzystny stan środowiska. Białka kodowane przez te geny katalizują serię zdarzeń zmieniających komórkę wegetatywną w zarodnik.

Zarodnik zyskuje odporność cieplną dzięki kilku mechanizmom, których jeszcze nie wyjaśniono. Jest jednak oczywiste, że nieprzepuszczalne warstwy, takie jak kora sporów i zarodnik, chronią zarodnik przed uszkodzeniami fizycznymi.

Głównym czynnikiem wpływającym na wytrzymałość cieplną przetrwalnika jest ilość i stan wody w nim występującej. Podczas przetrwalnikowania protoplazmę redukuje się do minimalnej objętości, w wyniku nagromadzenia Ca2 ⁺, małych rozpuszczalnych w kwasach białek zarodników (SASP) i syntezy kwasu dipikolinowego, co prowadzi do utworzenia struktury żelopodobnej.

Na tym etapie wokół rdzenia protoplastu tworzy się gęsta kora. Skurcz kory skutkuje skurczonym, odwodnionym protoplastem o zawartości wody jedynie 10-30% w stosunku do komórki wegetatywnej. Zawartość wody w protoplastach i stężenie SASPs określają odporność cieplną przetrwalnika.

Jeśli zarodnik ma niskie stężenie SASP i wysoką zawartość wody, wykazuje niską odporność na ciepło. Jeśli ma wysokie stężenie SASP i niską zawartość wody, wykazuje wysoką odporność na ciepło. Woda przemieszcza się swobodnie zi do zarodnika. Zatem nie jest to nieprzepuszczalność powłoki zarodników, a raczej materiał podobny do żelu w protoplastach zarodników, który wyklucza wodę.

B. Kiełkowanie:

Endospora może pozostawać w uśpieniu przez wiele lat, ale może szybko przekształcić się z powrotem w komórkę wegetatywną. Ten proces obejmuje trzy etapy; aktywacja, kiełkowanie i wyrastanie. "Aktywacja" obejmuje aktywację zarodnika i przygotowanie do kiełkowania.

"Kiełkowanie" obejmuje utratę mikroskopijnej refrakcji zarodnika i utraty odporności na ciepło i chemikalia. Zarodnik traci kwas wapniowo-dipikolinowy i składniki kory mózgowej. Co więcej, SASP ulegają degradacji.

"Outgrowth" obejmuje widoczne obrzęki spowodowane poborem wody, a także syntezę nowego DNA, RNA i białek. Komórka wynurza się ze złamanej sierści zarodników i ostatecznie zaczyna się dzielić. Komórka pozostaje wtedy wegetatywna, dopóki warunki środowiskowe nie są korzystne.

Podczas sterylizacji materiału, który czyni go wolnym od bakterii, obecne w nim bakterie są zabijane pewną metodą. Jeśli jednak materiał zawiera czynniki sporowe, sterylizacja staje się trudna. Im więcej jest zarodników w materiale, tym większy jest stres potrzebny do jego sterylizacji.

W przypadku kolonii bakterii tworzących zarodniki hodowanych na płytkach agarowych lub skosach, wraz ze wzrostem wieku bakterii tworzą zarodniki ze względu na starzenie, niedobór składników odżywczych i gromadzenie się metabolitów.