Строение бактерии: как устроена бактериальная клетка

Что такое бактерия

Бактерия — одноклеточный организм размером обычно в несколько микрометров. Тысяча бактерий, выстроенных в ряд, едва займёт миллиметр. Бактерии — самые древние и самые многочисленные живые существа на Земле: они живут в почве, воде, воздухе, во льдах и горячих источниках, на коже и в кишечнике человека.

Главное отличие бактерий от других клеток — у них нет ядра. Такие организмы называют прокариотами, что значит «доядерные». Растения, животные и грибы — эукариоты, их клетки имеют ядро. Как устроена эукариотическая клетка, подробно рассказано в статье о строении клетки.

Из чего состоит бактериальная клетка

Разберём бактерию снаружи внутрь.

Капсула или слизистый слой. Есть не у всех. Это студенистый чехол поверх стенки. Он защищает бактерию от высыхания и от клеток иммунной системы, помогает прилипать к поверхностям. Именно слизистые бактерии образуют налёт на зубах.

Клеточная стенка. Прочная оболочка, которая держит форму клетки и не даёт ей лопнуть, если вода входит внутрь. У бактерий она построена из особого вещества — муреина, а не из целлюлозы, как у растений, и не из хитина, как у грибов.

Плазматическая мембрана. Тонкая плёнка под стенкой. Она пропускает в клетку питательные вещества и выводит отходы. У бактерий нет митохондрий, поэтому на внутренней стороне мембраны идут реакции получения энергии.

Цитоплазма. Полужидкое содержимое клетки. В ней рибосомы, запасные вещества в виде зёрен и капель и генетический материал.

Нуклеоид. Область цитоплазмы, где лежит главная молекула ДНК. Она замкнута в кольцо и плотно свёрнута. Оболочки, как у ядра, вокруг неё нет.

Плазмиды. Маленькие дополнительные кольца ДНК. В них часто записаны «полезные в трудную минуту» гены, например устойчивость к ядам. Бактерии могут передавать плазмиды друг другу.

Рибосомы. Мелкие частицы, на которых собираются белки. Они меньше рибосом в клетках человека — на этом различии построено действие некоторых антибиотиков.

Жгутики и ворсинки. Жгутик — длинная тонкая нить, которая вращается, как гребной винт, и толкает бактерию вперёд. Ворсинки — короткие и многочисленные, ими бактерия цепляется за поверхности и за другие бактерии.

Часть бактерии	Что делает
Капсула	защищает от высыхания и от иммунитета, помогает прилипать
Клеточная стенка из муреина	держит форму, защищает от разрыва
Плазматическая мембрана	регулирует обмен веществ со средой, на ней идут реакции получения энергии
Цитоплазма	внутренняя среда, место большинства реакций
Нуклеоид (кольцевая ДНК)	хранит основную наследственную информацию
Плазмиды	дополнительные гены, передаются от бактерии к бактерии
Рибосомы	собирают белки
Жгутики	движение
Ворсинки	прикрепление и обмен генами
Включения	запас питательных веществ

Формы бактерий

Форма бактерии видна в микроскоп и помогает её определить.

Форма	Название	Пример
Шарик	кокки; парами — диплококки, цепочкой — стрептококки, гроздью — стафилококки	возбудители ангины, гнойных воспалений
Палочка	бациллы и другие палочковидные	сенная палочка, кишечная палочка, туберкулёзная палочка
Запятая	вибрионы	холерный вибрион
Спираль	спириллы	живут в стоячей воде

Одной формы мало, чтобы назвать вид: кишечная и сенная палочки выглядят похоже. Поэтому в лаборатории бактерии ещё окрашивают особыми красителями — по тому, как прокрашивается стенка, их делят на две большие группы, — и выращивают на питательных средах, где каждый вид даёт колонии своего цвета и вида.

Как бактерия живёт и размножается: шаг за шагом

1. Питание. Бактерия впитывает всей поверхностью растворённые вещества из окружающей среды. Одни бактерии питаются готовыми органическими веществами: остатками растений и животных, молоком, веществами в кишечнике. Другие, как цианобактерии, сами создают органические вещества на свету, как растения.
2. Рост. Клетка увеличивается, в ней накапливаются белки и другие вещества.
3. Удвоение ДНК. Кольцевая молекула копируется, две копии расходятся к разным концам клетки.
4. Деление надвое. Посередине клетки врастает перегородка из мембраны и стенки, и бактерия делится на две одинаковые дочерние.
5. Спора, если стало плохо. Когда кончается вода или пища, некоторые бактерии образуют внутри себя спору: часть цитоплазмы с ДНК уплотняется и покрывается толстой многослойной оболочкой. Остальная клетка погибает. Спора может ждать хороших условий годами, а потом прорастает в новую бактерию.

Спора — не способ размножения, а способ пережить беду: из одной клетки получается одна спора. Споры некоторых бактерий выдерживают кипячение, поэтому консервирование в домашних условиях требует строгого соблюдения правил.

Полезные и болезнетворные бактерии

Полезные.

• Молочнокислые бактерии превращают молоко в кефир, йогурт, творог и сыр, а капусту — в квашеную. Кислота, которую они выделяют, не даёт размножаться гнилостным микробам.
• Бактерии гниения разлагают опавшие листья, мёртвых животных и помёт до простых веществ, которые снова получают растения. Без них планету завалило бы останками.
• Клубеньковые бактерии поселяются на корнях гороха, фасоли, клевера и связывают азот из воздуха, делая его доступным растению. Поэтому после бобовых почва становится плодороднее.
• Бактерии кишечника помогают переваривать то, что не переварили мы сами, и производят некоторые витамины. Об этом — в статье о строении кишечника.

Болезнетворные. Некоторые бактерии вызывают болезни: туберкулёз, холеру, скарлатину, коклюш, столбняк. Они повреждают ткани или выделяют яды. Другие портят продукты — молоко скисает, мясо гниёт.

Чем бактерия отличается от клетки растения

Признак	Бактерия	Клетка растения
Ядро	нет, ДНК в нуклеоиде	есть, с двойной оболочкой
ДНК	кольцевая	линейные хромосомы
Митохондрии, хлоропласты, комплекс Гольджи, ЭПС	нет	есть
Рибосомы	есть, мелкие	есть, крупнее
Клеточная стенка	из муреина	из целлюлозы
Размер	обычно 1–10 микрометров	обычно десятки микрометров
Размножение	делением надвое	митозом, у растения в целом — ещё и семенами, спорами

С вирусами бактерии путают ещё чаще. Главное: бактерия — живая клетка, которая размножается сама, а вирус — частица без клеточного строения. Подробное сравнение есть в статье о строении вируса.

Ещё одна пара, которую смешивают, — бактерии и микробы. Микробами, или микроорганизмами, называют всех живых существ, которых не видно без микроскопа. Кроме бактерий, это одноклеточные грибы, например дрожжи, и простейшие, например амёба и инфузория-туфелька. У дрожжей и простейших, в отличие от бактерий, есть ядро, поэтому по строению клетки они ближе к нам, чем к бактериям.

Интересные факты

Когда Роберт Кох в 1882 году открыл возбудителя туберкулёза, бактериальную природу болезни было трудно доказать: микроб маленький и плохо окрашивается. Сегодня эту бактерию так и называют — палочка Коха.

А запах земли после дождя во многом создают почвенные бактерии-актиномицеты: они выделяют пахучее вещество, которое дождевые капли поднимают в воздух.

Как ответить на уроке

1. Бактерии — одноклеточные прокариоты, у них нет оформленного ядра.
2. Строение: клеточная стенка, мембрана, цитоплазма, рибосомы, нуклеоид; у многих — капсула, жгутики, плазмиды.
3. Формы: кокки, бациллы, вибрионы, спириллы.
4. Размножаются делением надвое, при неблагоприятных условиях образуют споры.
5. Значение: круговорот веществ, получение молочных продуктов, азотфиксация; болезнетворные вызывают болезни и портят продукты.

Вопросы для самопроверки:

• Почему бактерий называют прокариотами? У них нет оформленного ядра: ДНК лежит прямо в цитоплазме.
• Чем спора бактерии отличается от споры гриба? Спора бактерии нужна, чтобы пережить плохие условия, а спора гриба — чтобы размножиться и расселиться.
• Зачем горох сажают перед другими культурами? На его корнях живут клубеньковые бактерии, которые обогащают почву азотом.