خلية بكتيريا: أجزاء مختلفة من خلية بكتيريا معممة (موضحة برسوم بيانية) | علم الاحياء المجهري
تم توضيح الأجزاء المختلفة لخلية البكتيريا المعممة في الشكل 2.3 وتم وصفها على النحو التالي:
1. Flagella:
إن البكتريا هي عبارة عن زوائد حلزونية تشبه الشعر الخيطية التي تبرز عبر جدار الخلية وهي مسؤولة عن حركية البكتيريا. معظم البكتيريا المتحركة تمتلك سوط.
طوله حوالي 10-15µ. تختلف البكتريا عن الأسواط حقيقية النواة في هيكلها وآلية عملها. هم أرق بكثير من سوط أو أهداب الخلايا حقيقية النواة. لا يوجد غشاء خلوي موجود على علم البكتريا على عكس الأسواط حقيقية النواة.
علاوة على ذلك ، فإن الأسواط البكتيرية ، على عكس سلالتي حقيقيات النواة ، تكون جامدة نوعًا ما ولا تسيل للخلف والأمام ، بل إنها تدور كثيرًا مثل المروحة لقارب لحركة الخلية. تتكون أسواط البكتريا من ثلاثة أجزاء ؛ (أ) الجسم القاعدي ، (ب) الخطاف و (ج) الشعيرة (الشكل 2.4).
(ا) جسم أساسي:
وتشكل الجزء الأساسي للسوط وترسو في الغشاء السيتوبلازمي وجدار الخلية. وتوفر رباطًا للسرعة وكذلك تعمل كمحرك ، وبالتالي نقل الحركة الدوارة للسوط.
وتتكون من قضيب مركزي صغير يمر عبر نظام من الحلقات. في حالة البكتيريا موجبة الجرام ، التي يتكون فيها جدار الخلية من طبقة الببتيدوجليكان وحدها ، يحتوي الجسم القاعدي على زوج واحد فقط من الحلقات ؛ M-ring و S-ring ، كلاهما مضمنان في غشاء الخلية.
تحيط هذه الحلقات بروتينات مجموعة تسمى بروتينات mot. إن حركة البروتون عبر الغشاء الخلوي من خلال هذه البروتينات المحركة تنتج قوة دافعة البروتون (الطاقة) المطلوبة لتدوير هاتين الحلقتين ، والتي تعمل في النهاية كمحرك للدوران الشبيه بالدوران للسوط.
مجموعة أخرى من البروتينات ، تسمى بروتينات fli ، موجودة بين هذه الحلقتين. وهي تعمل كمفتاح للمحرك ، وتعكس دوران السوط استجابةً للإشارات داخل الخلايا.
في حالة البكتيريا سالبة الجرام ، التي يتكون فيها جدار الخلية من طبقة lipopolysaccharide خارجية (LPS) بالإضافة إلى طبقة الببتيدوغليكان الداخلية الأرفع ، يحتوي الجسم القاعدي على زوج آخر من الحلقات ؛ L-ring المضمنة في طبقة LPS والحلقة P في طبقة peptidoglycan الرقيقة.
(ب) صنارة صيد:
خطاف قصير يربط الجسم الأساسي بخيوط السوط. هو أسمك قليلا من الشعيرة. ينتقل العمل الحركي للجسم القاعدي إلى الفتيل من خلال الخطاف.
(ج) الشعيرة:
إنه الجزء الخيطي الطويل الشبيه بالشعر من السوط ، الذي يخرج من الخطاف. هو أطول عدة مرات من خلية البكتيريا. وهي مصنوعة من نوع واحد من البروتين ، "فلاغلين" الذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 40000. جزيئات Flagellin تشكل سلاسل. ثلاث سلاسل من هذا القبيل بين خيوط لتشكيل السوط. على عكس الشعر الذي ينمو في قاعدته ، ينمو خيوط السوط عند طرفه.
تمر الأحماض الأمينية على طول المركز المجوف للخيوط وتضيف إلى نهايتها البعيدة. وتسمى هذه العملية بالتجميع الذاتي ، حيث أن جميع المعلومات الخاصة بالبنية النهائية للخيوط توجد في وحدات البروتين الفرعية نفسها. إن الفتيل جامد نوعًا ما ولا يسيل ذهابًا وإيابًا ، بل يدور كثيرًا مثل المروحة لقارب لحركة الخلية.
اللولبيات تفتقر إلى سوط خارجي. ومع ذلك ، فإنها تتحرك بمساعدة بنية شبيهة بسوط تقع داخل خلاياها أسفل الظرف الخارجي مباشرة. وتسمى هذه السواحل الحلزونية ، أو الأسواط المحورية ، أو الألياف المحورية أو النهايات.
يتم ترتيب Flagella بطرق مختلفة في البكتيريا المختلفة. ويسمى ترتيب سطور على خلايا البكتيريا سوط. الصهر هو من الأنواع الأربعة التالية (الشكل 2.5).
(أ) السوط المخروطي (أحادي: وحيد ، ثلاثي الشعرة: الشعر): يوجد سوط واحد في أحد أطراف الزنزانة.
(ب) جلد لوبوتريش (Lopho: tuft؛ trichous: hair): توجد خصلة أو مجموعة من الأسواط في أحد أطراف الزنزانة.
(ج) جلد عديم الشكل (Amphi: كلاهما ؛ شعري: شعري): توجد فصيلة في طرفي الخلية إما منفردة أو في خصلة.
(د) الجلد الجلدي (Peri: around: trichous: hair): توجد Flagella على سطح الخلية.
2. الخميرة:
Fimbriae هي الزوائد الخيطية الشبيهة بالشعر الخفيف ، والتي تشبه هيكليا اسقا ، ولكنها لا تشارك في حركية البكتيريا (الشكل 2.3). على عكس الأسواط ، فهي أقصر بكثير وأكثر عددا ، ولكن مثل سوط ، فهي مصنوعة من جزيئات البروتين.
تتواجد الفلمرية في عدد قليل من أنواع البكتيريا ، مما يساعدها على الالتصاق بخلايا الكائنات الحية الأخرى ومنعها من غسلها عن طريق تدفق السائل المخاطي أو الجسم. وبالتالي ، فإنه يساعد بشكل خاص البكتيريا المسببة للأمراض لإثبات العدوى في الجسم المضيف. كما أنها تساعد على تشكيل pellicles أو الأغشية الحيوية على الأسطح.
3. بيلي:
Pili هي الزوائد الخيطية الشبيهة بالشعر الرفيعة ، والتي تشبه هيكليا ، ولكنها لا تشارك في حركية البكتيريا (الشكل 2.6). كما أنها تشبه هيكليا fimbriae ، ولكنها أطول بشكل عام ولا يوجد سوى واحد أو عدد قليل من pili على سطح خلية بكتيرية.
وهي مصنوعة من نوع واحد من البروتين ، "بيلن" ، الذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 17000. يتم ترتيب جزيئات Pilin بشكل حلزوني لتشكيل خيوط صلبة مفردة مع قلب مركزي مجوف. في بعض البكتيريا ، يتم نقل المادة الوراثية من خلال الجوف المجوف من pili خلال الاقتران (التزاوج ببكتيريا أخرى).
تسمى هذه الحشرة pili الخصوبة (F pili) أو الجنس pili. في بعض البكتيريا المسببة للأمراض ، تتصرف pili على غرار الخفة في الالتصاق بالخلايا المضيفة وإنشاء العدوى. ينتج عن تراص عمل pili في تكوين أفلام من البكتيريا يمكن رؤيتها على سطح ثقافات المرق.
4. طبقة S:
طبقة S (الطبقة السطحية) هي طبقة موجودة على سطح معظم البكتيريا المسببة للأمراض ، والتي تتكون من صفيف ثنائي الأبعاد من البروتينات ذات المظهر البلوري في تناظرات مختلفة ، مثل سداسية ، رباعي الزوايا أو تريميريك (الشكل 2.7) .
يعتمد التناظر البلوري على تكوين بروتينات الطبقة S. ويرتبط مع هيكل جدار الخلية (مع طبقة الببتيدوجليكان في البكتيريا إيجابية الجرام ومع طبقة LPS في البكتيريا سالبة الجرام).
وهي تعمل كحاجز نفاذية خارجي ، مما يسمح بمرور المواد منخفضة الوزن الجزيئي وباستثناء المواد عالية الوزن الجزيئي. كما يوفر الحماية للبكتيريا المسببة للأمراض ، ضد آلية الدفاع المضيف.
5. كبسولة (طبقة الوحل أو glycocalyx):
تحتوي العديد من البكتيريا على مادة لزجة لزجة أو غائر خارج الخلية ، وتحيط بجدار الخلية (الشكل 2.8). وهي مصنوعة من جزيئات ضخمة لا ترتبط تساهميًا بالبكتيريا.
هذه الجزيئات الضخمة هي عبارة عن سكاريد مشحونة بشكل رئيسي (جليكوبروتينات أو جليكوليبيدات) وبالتالي تسمى "glycocalyx" (جليك: كربوهيدرات ؛ كاليك: جزء من زهرة تحت التويجيات يمتد إلى الخارج من الساق). يتم تعريف Glycocalyx كمادة تحتوي على عديد السكاريد مستلقية خارج الخلية كشبكة فضفاضة من ألياف البوليمر تمتد للخارج من الخلية.
يتم تصنيعها وإفرازها من قبل البكتيريا ، التي ترتبط بالمستقبلات على سطح الأنسجة المضيفة. لم يتم العثور على Glycocalyx فقط حول بعض خلايا البكتيريا. كما أنه يحيط بعض الخلايا النباتية والحيوانية.
يمكن أن يكون Glycocalyx من ثلاثة أنواع على النحو التالي:
(أ) الكبسولة:
وهو عبارة عن طبقة بوليمر تتكون من طبقة لزجة كثيفة ومحددة بدقة تحيط بشكل مباشر بخلايا البكتيريا في العديد من الأنواع. يمكن تصور الطبقة اللزجة باستخدام المجهر الضوئي باستخدام تقنية تلطيخ خاصة.
يتم تنظيم ألياف البوليمر glycocalyx في مصفوفة ضيقة تستثني الجسيمات مثل الحبر الهندي. تسمى البكتيريا ، التي لها كبسولة ، البكتيريا المحتبسة ، بينما تسمى البكتيريا ، التي لا تحتوي على كبسولة ، بكتيريا غير محفوفة.
(ب) Microcapsule:
إنها طبقة لزجة تحيط بخلايا البكتيريا ، وهي رقيقة جدًا ، ولا يمكن تصورها بواسطة الفحص المجهري الضوئي.
(ج) الوحل:
وهي عبارة عن كتلة منتشرة من ألياف البوليمر غير مرتبط على ما يبدو بأي خلية مفردة. الطبقة اللزجة سميكة لدرجة أن العديد من الخلايا مدمجة في مصفوفة الوحل. الطبقة مشوهة بسهولة ولا تستبعد الجزيئات. من الصعب أن نتصور بواسطة الفحص المجهري الضوئي.
وترد وظائف كبسولة و الوحل أدناه:
1. يمنع تجفيف الخلايا ، عن طريق ربط جزيئات الماء.
2. يمنع تعلق البكتيريا (الفيروسات ، التي تهاجم البكتيريا) على خلايا البكتيريا.
3. يوفر الفوعة (القدرة المنتجة للمرض) عن طريق تثبيط الاعتراف والتدمير اللاحق من قبل البالعات (كريات الدم البيضاء أو WBC).
4. يساعد البكتيريا المسببة للأمراض لتعلقها على المستقبلات على سطح الأنسجة المضيفة للإصابة.
5. يوفر التقيد بين خلايا البكتيريا المختلفة.
6. الأغماد:
الأغماد هي هياكل أنبوبيه مجوفة طويلة ، والتي تضم سلاسل من خلايا البكتيريا التي تشكل "trichomes" (الشكل 2.9). البكتيريا المُغَطَّى شائعة في موائل المياه العذبة الغنية بالمواد العضوية ، مثل الجداول الملوثة ، والمرشحات المتقطعة ، والهضمات المنشطة للوحل في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. يمكن تصور الأغماد بسهولة ، عندما تتحرك بعض الخلايا ، المسماة "الخلايا الطليعية السافرة" من التريشوم من الغلاف تاركة خلف الغمد الفارغ.
7. الايجابيات:
محاسيس البروستاتا هي تمددات سيتوبلازمية من خلايا البكتيريا ، والتي تشكل الزوائد مثل hypha ، ساق أو برعم. فهي أصغر في قطرها من الخلايا الناضجة ، وتحتوي على السيتوبلازم وتحدها جدار الخلية. تسمى البكتريا التي لها مستقبلات بكتيريا prosthecate.
بخلاف الانقسام الخلوي في البكتيريا الأخرى ، التي تحدث من خلال الانشطار الثنائي ، تنتج خليتين بكتيرية مساوية لهما في البِرْدِسْت ، تتضمن تكوين خلية ابنة جديدة تحتفظ الخلية الأم بهويتها بعد اكتمال انقسام الخلية.
"Hyphae" هي الزوائد الخلوية التي تتكون من الامتداد الخلوي المباشر للخلية الأم التي تحتوي على جدار الخلية ، وغشاء الخلية ، و ribosome وأحيانًا DNA. يتم تشكيلها عن طريق إطالة ثمرة صغيرة من خلية البكتيريا في نقطة واحدة.
ويسمى هذا النمو في نقطة واحدة "النمو القطبي" على النقيض من "النمو الداخلي" الذي يحدث في جميع البكتيريا الأخرى ، حيث يحدث نمو البكتيريا في جميع أنحاء السطح. في نهاية hypha ، يتم تشكيل برعم ، الذي يكبر وينتج السوط.
يتناسخ الحمض النووي في الخلية الأم وينتقل نسخة من الحمض النووي الدائري إلى أسفل طول الهافا إلى البرعم. ثم يشكل الحاجز المتقاطع ثم فصل برعم لا يزال قيد التطور من خلية hypha والخلية الأم.
الآن ، يكسر المهد من الخلية الأم ويسبح بعيدا كخلية ابنة. في وقت لاحق تفقد خلية ابنته سوطها وتنمو تدريجيا لتصبح خلية ام جاهزة لتكوين خيوط وبرعم.
"Stalks" هي زوائد خلوية تستخدمها بعض البكتيريا المائية للتعلق بالطبقة التحتية الصلبة. في نهاية السيقان هناك هيكل يسمى "holdfast" ، التي تعلق بها ساق إلى الطبقة التحتية. إلى جانب توفير التعلق ، يزيد السيقان أيضًا من المساحة السطحية لخلية البكتيريا ، مما يساعد في امتصاص العناصر الغذائية وإزالة النفايات.
في بعض البكتيريا ، تبقى سيقان عدة أفراد على شكل "ريدات". يحدث الانقسام الخلوي في البكتيريا المُطَعَّنة بواسطة استطالة الخلية في الاتجاه المعاكس لاتجاه السيقان الذي يتبعه الانشطار. يتم تشكيل سوط واحد في القطب المقابل للساق.
تسمى الخلية البنتة التي تم تشكيلها على أنها "صائدة". وهي تفصل بين الخلية الأم غير المخططة ، وتسبح وتحيط بسطح جديد تشكل ساقًا جديدًا في القطب المسفل. ثم يتم فقدان السوط.
"البراعم" هي الزوائد الخلوية ، التي تتطور بشكل مباشر كخلايا ابنة من الخلايا الأم دون التكون المتدخل للخيوط.
8. جدار الخلية:
جدار الخلية هو الهيكل الصلب الذي يحيط مباشرةً بغشاء الخلية لخلايا البكتيريا. الغشاء الخلوي لخلايا البكتريا هو طبقة ثنائية فوسفورية مشابهة لتلك الموجودة في كل الخلايا الحيوانية والنباتية الأخرى (الشكل 2.11).
في حين أن الخلايا الحيوانية تفتقر إلى جدار الخلية ، فإن الخلايا النباتية وخلايا البكتيريا لديها جدار خلوي يحيط بغشاء الخلية. ومع ذلك ، خلافا لجدار الخلايا من الخلايا النباتية ، والتي تتكون أساسا من السليلوز ، يتألف جدار الخلية من خلايا البكتيريا بشكل رئيسي من طبقات الببتيدوجليكان (الشكل 2.10).
في وقت سابق ، كان يسمى أيضا الببتيدوجليكان مورين أو موكيببتيد. يتكون الببتيدوغليكان أساسا من الأحماض الأمينية والسكريات (الببتيدو: سلسلة الأحماض الأمينية ؛ الغليكان: السكر). هناك نوعان من السكريات هما N-acetylglucosamine (NAGA) و N-acetylmuramic acid (NAMA) مرتبطان ببعضهما البعض بالتناوب من خلال روابط glycosidic (β-1-4 linkage) لتشكيل سلاسل سكر موازية طويلة.
تعلق على جزيئات NAMA هي سلاسل جانبية قصيرة من أربعة أو خمسة أحماض أمينية مرتبطة ببعضها البعض من خلال روابط الببتيد. وعادة ما تكون الأحماض الأمينية هي ألانين ، وحمض الغلوتاميك وحامض ليسين أو دايمينوبيميليك (DAP). تشكل هذه الببتيدات القصيرة روابط متقاطعة بين سلاسل السكر المجاورة لتشكل شبكة أو طبقة.
على الرغم من أن الروابط الجلايكوسيدية في سلاسل السكر قوية جدًا ، إلا أن هذه الروابط وحدها لا يمكن أن توفر الصلابة في جميع الاتجاهات. يتم الحصول على صلابة عالية ، فقط عندما يتم ربط هذه السلاسل عبر روابط الببتيد في الببتيدات القصيرة المتقاطعة.
تكوين جدار الخلية ليس هو نفسه لجميع البكتيريا. بدلاً من ذلك ، توجد فروق ملحوظة في تركيبتها ، بناءً على البكتيريا التي تم تجميعها كما هو موضح أدناه:
A. استنادا إلى تلوين غرام:
استنادا إلى الاختلافات في تكوين جدار الخلية ، فإن تقنية تلطيخ خاصة تدعى "تلوين جرام" ، سميت باسم الدكتور كريستيان جرام الذي طورها ، تميز البكتيريا إلى مجموعتين على النحو التالي:
(1) البكتيريا إيجابية الغرام:
بعد تلطيخ البكتيريا مع البنفسج البلوري ، إذا كان جدار الخلية يقاوم إزالة اللون عن طريق الغسيل مع عامل إزالة اللون (الإيثانول أو الأسيتون) ، فإنه من البكتيريا إيجابية الجرام. أمثلة: Bacillus ، Staphylococcus.
(2) البكتيريا سالبة الجرام:
بعد تلطيخ البكتيريا مع البنفسج البلوري ، إذا كان جدار الخلية يسمح للخضوع لتصفية اللون عن طريق الغسل مع عامل إزالة اللون (الإيثانول أو الأسيتون) ، فإنه من البكتيريا سالبة الجرام. أمثلة: Escherichia، Salmonella، Vibrio.
يوفر التمايز البكتيريا إلى مجموعات إيجابية الغرام والسالبة الجرام أهم فكرة للمضي قدما في الاتجاه الصحيح لتحديد البكتيريا غير معروفة.
الجدار الخلوي الموجب لصبغة الجرام:
جدار الخلية الإيجابي غرام بسيط جدا. يتكون أساسا من طبقة سميكة من الببتيدوجليكان ، والتي تشكل حوالي 90 ٪ من جدار الخلية. هذه الطبقة السميكة تجعل البكتيريا إيجابية الجرام مقاومة للتحلل التناضحي.
قد يحتوي الجدار أيضًا على حمض teichoic وحامض lipoteichoic و M البروتين ، وهي المستضدات السطحية الرئيسية للجدار الخلوي الإيجابي غرام. حمض teichoic هو مشحونة سلبيا ومسؤولة جزئيا عن الشحنة السلبية لسطح الخلية من البكتيريا. كما أنه يساعد في مرور الأيونات من خلال جدار الخلية.
حمض lipoteichoic هو حمض teichoic ، والذي يرتبط إلى الدهون الغشاء. يساعد البروتين M بعض البكتيريا المسببة للأمراض عن طريق منع انصمامها بواسطة WBC. المضادات الحيوية ، البنسلين (التي تنتجها الفطريات ، البنسيليوم notatum) والسيفالوسبورين قتل البكتيريا إيجابية الجرام عن طريق منع توليف الببتيدوجليكان. Lysozyme (إنزيم موجود في المسيل للدموع واللعاب وألبومين البيض والوحل للأسماك) يقتل البكتيريا إيجابية الجرام عن طريق كسر رابطة glycosidic (β-1-4 الربط) بين NAGA و NAMA.
جدار الخلية سلبية الغرام:
جدار الخلية سالبة الجرام هو معقد للغاية وأكثر هشاشة من جدار الخلية إيجابية الجرام. لديه طبقة رقيقة من الببتيدوجليكان ، والتي لا تشكل سوى حوالي 10 ٪ من جدار الخلية. وهي محاطة بطبقة واقية سميكة تسمى طبقة lipopolysaccharide (LPS) ، والتي تقاوم اختراق بعض المواد الكيميائية السامة في الخلية البكتيرية.
تتكون طبقة LPS من 1) طبقة بروتين شحمي و 2) غشاء خارجي. يرتبط سطح واحد من طبقة البروتين الدهني مباشرة بطبقة الببتيدوجليكان ويمتد السطح الآخر إلى الغشاء الخارجي.
وهي بمثابة مرساة بين طبقة الببتيدوجليكان والغشاء الخارجي. الغشاء الخارجي عبارة عن طبقة ثنائية فوسفورية (phospholipid) مدمجة بالبروتين مع بنية "غشاء الوحدة" مشابهة لغشاء الخلية. الورقة الداخلية للغشاء الخارجي عبارة عن طبقة من جزيئات phospholipid وحدها.
ومع ذلك ، على عكس غشاء الوحدة ، يتم استبدال بعض جزيئات الفسفوليبيد في الورقة الخارجية بجزيئات LPS. يتكون كل جزيء LPS من جزء من الدهون يدعى 'lipid A' مرتبطة تساهميًا بعديد السكاريد الشبيه بالشعر.
عندما يتم قتل البكتيريا المسببة للأمراض الجرام سلبية داخل جسم المضيف ، يتم تحرير الشحوم A ، وهو مكون داخلي من البكتيريا سالبة الجرام ، مما يثير ردود فعل سامة وأعراض المرض. هذا هو السبب في أن الشحوم A تسمى أيضا "endotoxin" (endo: internal).
في المقابل ، "exotoxin" هو المادة السامة المركبة داخل الخلايا البكتيرية ويتم إطلاقها للخارج ، والتي تسبب المرض ، إذا كان موجودا في أو يدخل في جسم المضيف. على عكس الدهون الطبيعية الأخرى مثل الدهون الثلاثية ، والتي تتكون من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة بالغليسيرول ، يتكون الدهن A من الأحماض الدهنية المستعبدة إلى ثنائي السكاريد المكون من اثنين من فوسفات NAGA.
الأحماض الدهنية في الشحوم (أ) هي عادة الأحماض الكربونية ، louric ، myristic ، palmitic وحمض. يتكون عديد السكاريد ، المرتبط بالدهون A في الطرف الآخر من الديساكهارايد ، من جزأين. 1) السكاريد الأساسية الداخلية و 2) عديد السكاريد الخارجي.
يحتوي الغشاء الخارجي أيضًا على بروتينات تسمى "porins" ، والتي تحتوي على ثلاث وحدات فرعية متماثلة. كل وحدة فرعية أسطوانية مع مسام مركزي ، والتي من خلالها يمكن أن تمر المواد. وبالتالي ، فإن porins جعل الغشاء الخارجي نفاذية نسبيا.
Porins نوعان من. 1) porins غير محددة ، والتي تشكل قنوات مملوءة بالماء للمواد الصغيرة من أي نوع لتمرير و 2) porins محددة ، والتي لديها مواقع ارتباط محددة للمواد المحددة لتمريرها.
ومع ذلك ، فإن العديد من المواد (المحاليل ، المحاقن ، الإبر ، الخ) ، خالية من الجراثيم المسببة للأمراض عن طريق التعقيم الحراري ، ولا تزال تحتفظ بقايا حطام جدار الخلية البكتيري سالبة الجرام الناتجة عن قتلها. إذا تم إدخاله إلى الجسم المضيف ، يمكن أن يسبب حطام جدار الخلية هذا أعراض المرض. ويسمى هذا الحطام المتخلف في جدار الخلية ، والذي يمكن أن يسبب أعراض المرض ، 'pyrogen'.
بناء على تلطيخ سريع حمض:
استنادا إلى الاختلافات في تركيب جدار الخلية ، هناك تقنية تلطيخ خاصة أخرى تسمى "تلطيخ سريع للحمض" تميز البكتيريا إلى مجموعتين على النحو التالي:
(1) البكتيريا سريع الحمض:
البكتيريا ، التي يصعب تلوينها بشدة ، ولكن بمجرد صبغها ، من الصعب إزالة الصبغة من خلاياه ، حتى مع الاستخدام القوي للكحول الحمضي كعامل إزالة الصب ، وهي بكتيريا سريعة الحموضة (محبة للحمض). بكتيريا).
أمثلة: Mycobacterium spp. [M. السل (بكتيريا السل) ، M. leprae (بكتيريا الجذام) ، M. smegmatis (البكتيريا الطبيعية من smegma) ، M. marinum (السل البكتيريا من الأسماك البحرية)]. أنها تمتلك جدار خلية شمعية سميكة مصنوعة من مواد الدهون.
(2) البكتيريا غير الحمضية السريعة:
البكتيريا ، التي يسهل صبغها ويسهل إزالتها عن طريق الكحول الحمضي كعامل إزالة الكوليسترول ، هي بكتيريا سريعة الحموضة (بكتيريا غير محببة للحمض). أمثلة: جميع البكتيريا الأخرى باستثناء المتفطرة السكرية. في هذه البكتيريا ، جدار الخلية ليست شمعية سميكة.
إن تمايز البكتيريا إلى مجموعات سريعة الحمضية وغير سريعة الحمض يوفر أهم فكرة لتحديد المتفطرة السلية.
المتغيرات التي تنقص الجدار:
بعض البكتيريا موجودة طبيعيا بدون جدار الخلية. الميكوبلازما ، وهي أصغر أنواع البكتيريا ، ليس لها جدار خلوي. وهو محمي من التحلل التناضحي عن طريق وجود مادة ستيرول في غشاء الخلية وبتبني وجود طفيلي في بيئة مواتية تناضحيًا لمضيفي الكائنات حقيقية النواة.
وبالمثل ، تفتقر بعض البكتيريا البحرية إلى جدار الخلية ، حيث يتم منع التحلل التناضحي بسبب تركيز مياه البحر العالي الملح. تفقد معظم البكتيريا إيجابية الجرام جدارها الخلوي (الببتيدوغليكان) في وجود الليزوزيم.
ومع ذلك ، فإن خلاياها تبقى على قيد الحياة إذا كانت موجودة في بيئة متساوية التوتر مثل الجروح الممتلئة بالقيح. تسمى هذه البكتيريا الخالية من الجدار المكونة من بروتوبلازم فقط المحاط بغشاء الخلية "بروتوبلاست" أو "L-forms" (L for Lister Institute في لندن).
بمجرد إزالة الليزوزيم ، قد يستأنف النمو عن طريق تركيب جدار الخلية. إذا احتفظت الخلية البروتوبلاز بقطع من جدار الخلية ، بحيث تأخذ الخلية شكل amoeboid ، تبرز من حيث لا يوجد جدار خلوي ، يطلق عليه "spheroplast".
تتشكل أيضا Spheroplast ، عندما يتم إزالة peptidoglycan من جدار الخلية سالبة الجرام عن طريق العلاج مع الليزوزيم. هنا ، يتم إحاطة البروتوبلازم بطبقتين ، غشاء الخلية وطبقة LPS.
وظائف جدار الخلية:
(أ) شكل الحماية
يحمي خلايا البكتيريا من التحلل التناضحي ، حيث أن معظمها لا يزال في بيئات ناقص التوتر. هذا بسبب؛ تركيز المواد المذابة المذابة داخل خلايا البكتيريا أعلى بكثير من تركيزها في البيئة. هذا يتطور ضغوط كبيرة داخل الخلايا ، والتي قد تكون قابلة للمقارنة مع الضغط داخل إطار سيارة. جدار الخلية يساعد على تحمل هذا الضغط.
(ب) الشكل والصلابة:
يوفر الشكل والصلابة لخلايا البكتيريا.
9. الفضاء Periplasmic:
هو الفراغ الرقيق بين جدار الخلية وغشاء الخلية (الشكلان 2.10 و 2.11). وهي مليئة البلازما تسمى periplasm. يحتوي periplasm على عدة بروتينات ، منها ثلاثة بروتينات مهمة.
هم ، 1) الأنزيمات hydrolytic ، والتي تساعد في تدهور الأولي من جزيئات الطعام من البكتيريا ، 2) البروتينات ملزمة ، والتي تبدأ عملية نقل ركائز و 3) مستقبلة كيميائية ، والتي تشارك في استجابة chemotaxis من البكتيريا. Chemotaxis يعني التحرك نحو أو بعيدا عن مادة كيميائية.
10. غشاء الخلية:
إنه غشاء رقيق أسفل جدار الخلية الذي يحيط بالبروتوبلازم. يطلق عليه أيضا "الغشاء السيتوبلازمي" أو "غشاء البلازما". وهو طبقة ثنائية فوسفورية بالبروتين جزءا لا يتجزأ من البروتين (الشكل 2.11).
يتم تضمين نوعين من البروتينات في طبقة ثنائية. يتم الاحتفاظ نوع واحد من البروتينات بعناد في طبقة ثنائية ويسمى "بروتينات متكاملة". ترتكز الأنواع الأخرى من البروتينات على سطح طبقة ثنائية وتسمى "بروتينات محيطية".
مكونات الغشاء ليست ثابتة. بدلا من ذلك فهي ديناميكية ودائما في حالة الحركة مثل "السائل". توفر البروتينات الغشاء بمظهر "الفسيفساء".
ذلك هو السبب؛ يتم التعبير عن غشاء الوحدة عادة من خلال "نموذج الفسيفساء". يتكون ثنائي الفوسفوليبيدز من طبقتين متقابلين متقابلين يتكون كل منهما من طبقة من جزيئات phospholipids. يحتوي كل جزيء من الفوسفوليبيدات على رأس وزوج من التيول الخارجة منه.
الرأس مشحونة ومحبة للماء (المحبة للماء) ، والتي لا تزال تجاه البيئة المائية. ذيول غير مشحونة ولا مائية (كاره للماء) ، والتي تظل مخفية داخل الغشاء بعيدا عن البيئة المائية. يسمى هذا الغشاء "غشاء الوحدة".
الستيرولات ، الموجودة في غشاء الوحدة لكل الكائنات حقيقية النواة كعامل تعزيز ، غائبة في أغشية الوحدة لكل البكتريا. ومع ذلك ، توجد جزيئات شبيهة بالجسيمات ، تسمى "humanoids" في العديد من البكتيريا ، والتي تلعب دورًا مماثلًا للجسيمات الموجودة في حقيقيات النواة. واحدة من humanoids الهامة هي "diploptene" ، التي تحتوي على 30 ذرة كربون.
وظائف خلية الغشاء:
(أ) حاجز النفاذية:
يتكون الجزء الداخلي من الخلية (السيتوبلازم) من محلول مائي من الأملاح والسكريات والأحماض الأمينية والفيتامينات والأنزيمات المساعدة ومجموعة واسعة من المواد القابلة للذوبان الأخرى. الطبيعة الكارهة للغشاء الخلوي تجعله حاجزًا ضيقًا.
على الرغم من أن بعض الجزيئات الصغيرة الكارهة للماء قد تمر عبر الغشاء عن طريق الانتشار ، إلا أن الجزيئات المحبة للماء والمحملة (معظم الجزيئات القابلة للذوبان في الماء) لا تمر بسهولة عبرها. يتم نقل هذه الجزيئات عبرها بواسطة أنظمة نقل محددة.
حتى مادة صغيرة مثل أيون الهيدروجين (H + ) لا تنتشر عبر غشاء الخلية. والجزيء الوحيد الذي يخترق الغشاء هو الماء ، وهو صغير بما فيه الكفاية وغير مجزأ ليعبر بين جزيئات الفسفوليبيدات.
وهكذا ، فإن غشاء الخلية هو حاجز حاسم يفصل داخل الخلية عن بيئتها ويمنع التسرب السلبي لمكونات السيتوبلازم إلى داخل الخلية أو خارجها. إذا تم كسر الغشاء ، يتم تدمير سلامة الخلية ، تسرب المحتويات الداخلية في البيئة وتموت الخلية.
(ب) الجدار الانتقائي:
غشاء الخلية هو أيضا حاجز انتقائي للغاية. وتسمح بروتينات محددة تسمى "أنظمة نقل الأغشية" موجودة في غشاء الخلية وتسهله ، وتسهل نقل مواد محددة عبرها بواسطة النقل النشط والسلبي.
ومن الناحية الهيكلية ، فإن أنظمة نقل الغشاء عبارة عن بروتينات مكونة من 12 خيطًا ألفا تتنقل ذهابًا وإيابًا من خلال الغشاء لتشكيل قناة ، يتم من خلالها نقل المادة المراد نقلها داخل الخلية أو خارجها.
هذه البروتينات يمكن أن ترتبط بمواد معينة ليتم نقلها ونقلها إلى أو خارج الخلية عبر الغشاء حسب الحاجة. يتيح ذلك لخلية البكتيريا تركيز مواد معينة داخل الخلية وإزالة مواد معينة من الخلية إلى الخارج.
هناك ثلاثة أنواع من بروتينات النقل الغشائية ، مثل 1) Uniporters ، التي تنقل نوعًا واحدًا من الجزيئات في اتجاه واحد فقط عبر الغشاء ، 2) Symporters ، التي تنقل نوعًا واحدًا من الجزيئات وتنقل دائمًا نوعًا آخر من الجزيئات معه في نفس الاتجاه و 3) Antiporters ، التي تنقل نوع واحد من الجزيئات ودائما نقل نوع آخر من الجزيئات في الاتجاه المعاكس.
يمكن أن يتم نقل المواد بثلاث طرق ، مثل: 1) النقل البسيط ، حيث يتم النقل عبر الغشاء بواسطة الطاقة من قوة دافع البروتون ، 2) نقل المجموعة ، حيث يتم تغيير المادة المنقولة كيميائياً أثناء المرور. عبر الغشاء و 3) نقل ABC (كاسيت ملزمة ATP) ، حيث يرتبط بروتين ربط محيط بالجلطة في المادة المحيطة بشكل محدد بالمادة ، بروتين غشائي يمتد عبر الغشاء ينقله عبر الغشاء وسيتوبلازم يقدم البروتين ATP-hydrolysing الموجود في السيتوبلازم الطاقة لحدث النقل.
(ج) التحلل المائي خارج الخلوي:
يخفي غشاء الخلية العديد من الإنزيمات إلى الخارج للتكسير خارج الخلية لجزيئات الطعام الكبيرة في جزيئات ، والتي يمكن أن تمر في الخلية عبر الغشاء.
(د) التنفس:
البكتيريا لا تحتوي على الميتوكوندريا. لذلك ، يتم إجراء التنفس الخلوي ، للحصول على الطاقة من المواد الغذائية ، في غشاء الخلية ، الذي يحتوي على إنزيمات السلسلة التنفسية. إنه جهاز لحفظ الطاقة في الخلية.
يمكن أن يوجد الغشاء في صورة "مشحونة" بقوة ، حيث يحدث فصل البروتونات (H + ) من أيونات الهيدروكسيل (OH) عبر سطحه. إن فصل الشحن هذا هو شكل من أشكال الطاقة الأيضية ، وهو مماثل للطاقة الكامنة الموجودة في بطارية مشحونة.
حالة تنشيط الغشاء ، يشار إليها باسم "قوة دافعة البروتون" (PMF) ، هي المسؤولة عن دفع العديد من الوظائف التي تتطلب الطاقة في الخلية ، بما في ذلك بعض أشكال النقل والحركة والتخليق الحيوي لعملة الطاقة في الخلية ، ATP .
(ه) التمثيل الضوئي:
تقوم البكتيريا ذات التغذية الضوئية بعملية التمثيل الضوئي بواسطة عضيات خاصة تسمى "الكروماتوفوروس" والتي تكونت من خيال غشاء الخلية. تحتوي هذه العضيات على إنزيمات وأصباغ لعملية التمثيل الضوئي.
(و) امتصاص المغذيات:
يتم امتصاص المغذيات في المناطق المحيطة بها مباشرة في خلايا البكتيريا من خلال غشاء الخلية. "Mesosomes" هي غزوات غشائية من غشاء الخلية في السيتوبلازم ، مما يزيد من مساحة السطح لامتصاص كفاءة.
(ز) الاستنساخ:
البكتيريا تتكاثر عن طريق الانشطار الثنائي. تنقسم كل خلية إلى خليتين ابنتين. في هذه العملية ، يشكل غشاء الخلية جدار الخلية الجديد بين الخلايا البعيدة.
11. السيتوبلازم:
وتسمى المادة اللزجة الشبيهة بالسوائل ، التي تملأ المقصورة داخل غشاء الخلية السيتوبلازم (الشكلان 2.10 و 2.11). إنه سائل مصنوع من الماء والإنزيمات والجزيئات الصغيرة. المعلق في السائل عبارة عن منطقة شفافة نسبياً من المواد الصبغية تسمى "nucleoid" ، وحبيبات الريبوسوم ، والشوائب السيتوبلازمية ، التي تخزن الطاقة.
12. النواة:
إنها الكتلة الكلية للحمض النووي الذي يصنع كروموسوم البكتيريا (الشكل 2.12). وبما أن البكتيريا هي بدائيات النواة ، فإن حمضها النووي لا ينحصر داخل نواة محددة الغشاء ، كما هو الحال في حقيقيات النواة.
ومع ذلك ، فإنه لا ينتشر في جميع أنحاء الخلية ، بل يميل إلى التجميع كهيكل متميز داخل الخلية البكتيرية ويسمى 'nucleoid' (الشكل 2.12). ريبوسوم غائبة في منطقة النواة ، لأن الحمض النووي النووي موجود في شكل الهلام الذي يستثني المادة الجسيمية.
تحتوي معظم البكتيريا على كروموسوم واحد فقط ، يتكون من د نة دائرية مزدوجة الشريطة ، على الرغم من أن بعض البكتيريا لديها DNA الكروموسومي الخطي. عادة ما يكون ال DNA الكروموسومي ملتويا على نطاق واسع ويتم طيه إلى "DNA المكوَّن بشكل كبير" ، وذلك لاستيعابه في الفضاء الصغير للنواة.
الحمض النووي ملفوف للغاية هو أكثر إحكاما من الحمض النووي دائري الحرة. تحتوي البكتيريا على نسخة واحدة فقط من كل جين على كروموسومها وبالتالي فهي "أحادية العدد". في المقابل ، تحتوي حقيقيات النوى على نسختين من كل جينة في كروموسوماتها ، وبالتالي تكون ثنائية الصيغة الكروموسومية.
يمكن تعريف الجين على أنه أي جزء من الحمض النووي ، وهو المسؤول عن شخصية معينة للكائن الحي المضيف. يتم تحديد كل حرف للكائن بواسطة جين معين ، والذي يتكون من جزء معين من الحمض النووي.
يحتوي الحمض النووي الكروموسومي للبكتيريا على "جينات حفظ المنازل" الأساسية ، والتي تعتبر ضرورية للبقاء الأساسي للبكتيريا. يتم توزيع هذا الحمض النووي بين خليتين ابنة خلال انقسام الخلايا.
إلى جانب الجينات الصبغية ، هناك أيضًا جينات غير كروموسومية موجودة خارج الكروموسومات. على سبيل المثال ، تحتوي البلازميدات على جينات معينة ، والتي تمنح خصائص خاصة للبكتيريا. يُطلق على مجموع الجينات الموجودة في الخلية اسم "الجينوم" الخاص بها.
13. البلازميدات:
هذه هي عدد قليل من الحمض النووي غير الكروموسومات وجدت في سيتوبلازم بعض البكتيريا (الشكل 2.12). يتكون كل بلازميد من قطعة دائرية صغيرة من الحمض النووي المزدوج المجدول ، والتي يمكن أن تتكاثر بشكل مستقل عن الكروموسوم. العديد من البلازميدات صغيرة نوعًا ما ، لكن بعضها كبير جدًا.
ومع ذلك ، لا يوجد بلازميد كبير مثل الكروموسوم. لا تحتوي البلازميدات على جينات أساسية للنمو البكتيري أو للبقاء. قد يكون لديهم جينات مسؤولة عن مقاومة المضادات الحيوية ، لإنتاج السموم أو لإنتاج الزوائد السطحية الضرورية للتثبيت والإصابة بالعدوى.
وهكذا ، تحتوي البلازميدات على الجينات التي تمنح خصائص خاصة للبكتيريا ، على عكس الحمض النووي الكروموسومي ، الذي يحتوي على الجينات الأساسية لحفظ المنزل اللازمة للبقاء الأساسي للبكتيريا.
وتسمى بعض البلازميدات ، التي يمكن أن تندمج في الحمض النووي الصبغوي المضيف "episomes". يمكن أيضا إزالة البلازميدات من خلية البكتيريا المضيفة من خلال عملية تسمى "علاج". وتستخدم بعض البلازميدات على نطاق واسع في التلاعب الجيني والهندسة الوراثية.
14. ريبوسوم:
هذه هي أجسام حبيبية موجودة في السيتوبلازم ، والتي يحدث فيها تخليق البروتين (الشكل 2.3). هم كثيرون جدا ، وجودهم يعطي السيتوبلازم مظهر مظلم. حجم كل ريبوسوم بكتيري هو 70 S (70 Svedberg) ، والذي يتكون من وحدتين فرعيتين بحجم 50S و 30S. في المقابل ، فإن حجم كل ريبوسوم حقيقيات النوى هو 80 ثانية مكونة من وحدتين فرعيتين بحجم 60S و 40S.
15. فجوات الغاز:
فجوات الغاز عبارة عن هياكل مليئة بالغاز على شكل مغزل توجد في السيتوبلازم (الشكلان 2.3 و 2.13). فهي عبارة عن أنابيب أسطوانية مجوفة ، مقفلة بغطاء مخروطي مجوف عند كل طرف. قد يختلف عددهم في الخلية من بضعة إلى مئات.
Their length and width vary in different bacteria, but the vacuoles of any given bacteria are more or less of constant size. They are hollow, but rigid. They are impermeable to water and solutes, but are permeable to most gases. Therefore, the composition of the gas inside them is the same as that of the gas, in which the organism is suspended.
Gas is present in the vacuoles at about 1 atm. pressure. Therefore, rigidity of gas vacuole membrane is essential for the vacuole to resist the pressure exerted on it from outside. Due to this, it is composed of proteins able to form a rigid membrane rather than of lipids, which would form a fluid, highly mobile membrane.
There are two types of proteins, which make the membrane. They are 1) GvpA and 2) GvpC (Gas vacuole protein A and C). GvpA is the major gas vacuoles protein, which is small and highly hydrophobic (Figure 2.13). It is the shell protein and makes up 97% of the total protein of the gas vacuoles.
Gas vacuoles are made of several GvpA protein molecules aligned as parallel 'ribs' forming a watertight surface. GvpA proteins fold as a (3-sheet and thus, give considerable rigidity to the overall vacuole structure. GvpC is a larger protein, but is present in much smaller amount.
It strengthens the shell of the gas vacuoles by acting as cross-linker, binding several GvpA ribs together like a clamp. The final shape of the gas vacuoles, which can vary in different organisms from long and thin to short and fat is a function of how the GvpA and GvpC proteins are arranged to form the intact vacuoles.
As the gas vacuoles are filled with gases, their density is about 5- 20% of that of the cell proper. Thus, the intact gas vacuoles decrease the density of the bacteria cells, thereby conferring buoyancy to them.
Most of the floating aquatic bacteria have gas vacuoles, which confer buoyancy and help them to float on the surface of water or anywhere in the water column. Gas vacuoles also act as a means of motility, allowing cells to float up and down in the water column in response to environmental factors.
For example, aquatic phototrophic organisms benefit from gas vacuoles, which help them to adjust their position rapidly in the water column to regions where light intensity for photosynthesis is optimal. The gas vacuole membrane cannot resist high hydrostatic pressure and can collapse, leading to a loss of buoyancy. Once collapsed, gas vacuoles cannot be reinflated.
16. Inclusions:
The non-living reserve materials suspended in the cytoplasm are called 'inclusions' (Figure 2.3). Most of the inclusions are bounded by a thin non-unit membrane consisting of lipids separating them from the surrounding cytoplasm.
Their function is the storage of energy or structural building blocks. Different bacteria contain different types of inclusions.
Some of the common inclusions found in bacteria cells are described below:
(a) Poly-β-hydroxybutyric Acid (PHB) Granules:
These are granules consisting of poly- β-hydroxybutyric acid (PHB), which is a lipid-like substance. Monomers of β-hydroxybutyric acid are bonded to each other in a chain by ester linkages to form the polymer of poly- β-hydroxybutyric acid. The polymers aggregate into granules.
(b) Poly-β-hydroxyalkanoate (PHA) Granules:
It is a collective term used to describe all classes of carbon/energy storage polymers found in bacterial cytoplasm. The most common PHA granules are the PHB granules. The length of the monomers in a polymer can vary, from as short as C 4 (in PHB granules) to as long as C 18 (in other granules) in many bacteria.
(c) Volutin Granules:
These are granules composed of polyphosphates. The basic dye, toluidine blue becomes reddish violet, when it combines with the polyphosphate granules. This phenomenon of color change is called 'metachromasy'. Therefore, volutin granules are also called 'metachromatic granules'.
(d) Glycogen Granules:
These are starch-like polymers made of glucose subunits. Glycogen granules are usually smaller than PHB granules. These are storage depots of carbon and energy in bacteria cells.
(e) Sulphur Granules:
These are granules of elemental sulphur produced by its accumulation in the cytoplasm. Elemental sulphur comes from the oxidation of reduced sulphur compounds like hydrogen sulphide and thiosulphate. The granules remain as long as the source of reduced sulphur is present. As the source disappears, being utilized by the bacteria cells, the granules also disappear slowly.
(f) Magnetosomes:
Magnetosomes are granules of the iron mineral magnetite, Fe 3 O 4 . They impart a permanent magnetic dipole to a bacteria cell, allowing it to respond to magnetic fields. A membrane containing phospholipids, proteins and glycoproteins surround each magnetosome.
The membrane proteins play a role in precipitating Fe 3+ (brought into the cell in soluble form by chelating agents) as Fe 3 0 4 in the developing magnetosomes. The morphology of magnetosomes appears to be species-specific, varying in shape from square to rectangular to spike-shaped in certain bacteria.
Magnetosomes are primarily found in aquatic bacteria. Bacteria that produce magnetosomes orient and migrate along geomagnetic field. This phenomenon is called 'magnetotaxis'. Bacteria, which show magnetotaxis, are called 'magnetotactic bacteria'.
There is no evidence chat magnetotactic bacteria employ the sensory systems of chemotactic or phototactic bacteria. Instead, the alignment of magnetosomes in a bacteria cell simply imparts magnetic properties to it, which then orients the cell in a particular direction in its environment. Thus, a better term to describe these organisms is ' magnetic bacteria'.
17. Endospore:
It is a differentiated cell formed within the cell of certain gram-positive rod-shaped bacteria, which can withstand severe adverse conditions like heat, cold, radiation, ageing, toxic chemicals and lack of nutrients.
Mostly, the following three genera of rod-shaped bacteria can produce endospores in adverse conditions:
I. Aerobic rod-shaped bacteria
1. Bacillus spp.
II. Anaerobic rod-shaped bacteria
2. Clostridium spp.
3. Desulfotomaculum spp.
Structure of Endospore:
The structure of the endospore is much more complex than that of the vegetative cell in that it has many layers. The layers from outside towards inside are given below (Figure 2.14).
(ا) Exosporium:
It is the outermost layer, which is a thin, delicate covering, made of proteins.
(ب) Spore coat:
It is made of layers of spore-specific proteins. It acts like a sieve that excludes large toxic molecules like lysozyme, is resistant to many toxic molecules and may also contain enzymes that are involved in the germination of the spore.
(ج) قشرة:
It is made of loosely cross-linked peptidoglycan.
(d) Core:
It contains the usual structures of bacteria cell, which includes the cell wall (core wall), enclosing the spore protoplast. The spore protoplast consists of the cell membrane, cytoplasm, nucleoid, ribosomes, inclusions and so on.
Thus, the spore differs structurally from the vegetative cell primarily in the kinds of structures found outside the core wall.
خصائص Endospore Core:
يختلف جوهر النهايات الناضجة بشكل كبير عن الخلية الخضرية ، التي يتم تكوينها منها.
خصائص النواة endospore هي كما يلي:
(أ) أحد المواد الكيميائية التي تميز المورّدات الداخلية ، ولكنها غير موجودة في الخلايا النباتية هي حمض ثنائي الديوكلينيك (DPA). وهي تقع في القلب.
(ب) الجراثيم عالية أيضا في أيونات الكالسيوم ، ومعظمها مجتمعة مع حمض ثنائي البيكولينيك. يمثل معقد حمض الكالسيوم - ديكوليكولينيك في القلب حوالي 10 ٪ من الوزن الجاف للنهاية.
(ج) إلى جانب احتوائه على كمية وفيرة من حمض الكالسيوم-الديبوليكينيك (Ca-DPA) ، يكون القلب في حالة مجففة جزئياً. جوهر النواة الناضجة يحتوي فقط على 10-30 ٪ من محتوى الماء في الخلية الخضرية ، وبالتالي ، فإن اتساق السيتوبلازم الأساسي هو هلام.
إن جفاف الجسم يزيد من مقاومة النهايات للحرارة بشكل كبير وكذلك يمنح المقاومة للمواد الكيميائية ، مثل بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2 ) ويسبب بقاء الإنزيمات الموجودة في القلب غير نشطة.
(د) بالإضافة إلى المحتوى المائي المنخفض للبوغ ، يكون الأس الهيدروجيني لـ السيتوبلازم الأساسي حوالي وحدة واحدة أقل من تلك الموجودة في الخلية الخضرية.
(هـ) يحتوي النواة على مستويات عالية من البروتينات الأساسية المحددة تسمى "بروتينات بوغية صغيرة قابلة للذوبان في الحمض" (SASPs). يتم توليفها خلال عملية المضاربة ولها وظيفتان. أولاً ، أنها ترتبط بشدة بالحمض النووي في القلب وتحميه من التلف المحتمل من الأشعة فوق البنفسجية ، الجفاف والحرارة الجافة. ثانيًا ، إنها تعمل كمصدر للكربون والطاقة لنمو الخلايا الخضرية الجديدة من خلال عملية الإنبات.
دورة Spore:
في الظروف المعاكسة ، يتم إنتاج بوغ داخل خلية نباتية عن طريق تجفيف وتقلص محتويات الخلية (الشكل 2-14). يسمى هذا بوغ ، تشكلت داخل خلية البكتيريا ، 'endospore'. إذا ساءت الظروف المعاكسة ، فإن الخلية تمزق إطلاق نهايته ، والتي أصبحت الآن خلية نائمة مستقلة تسمى "بوغ".
وتسمى هذه العملية ، التي تنتج الخلية الخضرية جراثيم ، 'sporogenesis' أو 'sporulation'. يبقى بوغ في شكل خامل غير نشط حتى تستمر الظروف المعاكسة. عند عودة الظروف الملائمة ، يعود البوغ إلى الشكل الخضري ويصبح نشطًا مرة أخرى.
وتؤدي الطبقات التي تغطي تمزق بويه والبوغ إلى خلية نباتية نشطة الأيضية. وتسمى هذه العملية ، التي يتغير بها بوغ إلى خلية نباتية ، بـ "الإنبات".
وتسمى عملية التغيير الدورية من الشكل الخضري إلى بوغ في ظل ظروف معاكسة والعودة إلى شكل الخضري في ظل ظروف مواتية "دورة البوغ".
يتم إعطاء نصفين من دورة البوغ أدناه:
أ sporulation:
يتضمن التبويض سلسلة معقدة جدًا من الأحداث في التمايز الخلوي (الشكل 2.14). تكمن العديد من التغييرات الموجهة جينيا في الخلية في التحوّل من خلية نشطة مفعمة بالأيض نشطة إلى بوغ جاف غير نشط الأيضية ولكنه مقاوم للغاية.
يمكن تقسيم التغييرات الهيكلية التي تحدث في خلايا التبويض إلى عدة مراحل. تستغرق عملية التكوُّن بأكملها بضع ساعات. وقد أظهرت الدراسات الوراثية أن ما يصل إلى 200 جينة تشارك في عملية نموذجي sporulation.
خلال عملية التبويض ، يبدأ تخليق بعض البروتينات المشاركة في عمل الخلايا النباتية وتوليف بروتينات بوغ محددة. تسمى هذه البروتينات بروتينات بوغية صغيرة قابلة للذوبان في الحمض (SASPs).
ويتم تحقيق ذلك عن طريق تنشيط مجموعة متنوعة من الجينات الخاصة بالجراثيم بما في ذلك spo ، ssp (الذي يشفر SASPs) والعديد من الجينات الأخرى استجابة للحالة البيئية الضارة. وتحفز البروتينات المشفرة بهذه الجينات سلسلة الأحداث التي تغير خلية نباتية إلى بوغ.
يكسب البوغ مقاومة حرارته من خلال عدة آليات ، والتي لم يتم شرحها بوضوح. ومع ذلك ، فمن الواضح أن الطبقات غير المنماة ، مثل قشرة بوغ ومعقمة بوغ حماية البوغ من أي ضرر مادي.
أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على المقاومة الحرارية للبوغ هو كمية وحالة المياه داخلها. خلال عملية التبويض ، يتم تقليل البروتوبلازم إلى الحد الأدنى من الحجم ، نتيجة لتراكم الكالسيوم 2 + ، وبروتينات بوغية صغيرة قابلة للذوبان في الأحماض (SASPs) وتوليف حمض الديديكولينيك ، والذي يؤدي إلى تكوين بنية تشبه الهلام.
في هذه المرحلة ، تتشكل قشرة سميكة حول النواة الأساسية للبروتوبلاست. ينتج الانكماش عن القشرة الدماغية عن بروتوبلاست متقلصة ، مجففة ، محتوي من الماء بنسبة 10-30٪ فقط من تلك الموجودة في الخلية الخضرية. يحدد المحتوى المائي للبروتوبلاست وتركيز SASPs مقاومة الحرارة للبوغ.
إذا كان البوغ ذو تركيز منخفض من SASPs ومحتوى ماء مرتفع ، فإنه يظهر مقاومة منخفضة للحرارة. إذا كان يحتوي على تركيز عالٍ من SASPs ومحتوى ماء منخفض ، فإنه يظهر مقاومة عالية للحرارة. يتحرك الماء بحرية داخل الجوف. وبالتالي ، فإنه ليس نفاذية طبقة البوغ ، بل المادة الشبيهة بالهلام في البروتوبلاج البوغي ، التي تستثني الماء.
ب. الإنبات:
قد تبقى النهايات النائمة لسنوات عديدة ، ولكن يمكن تحويلها إلى خلية نباتية بسرعة نسبيا. تتضمن هذه العملية ثلاث خطوات ؛ التنشيط والإنبات والنمو. "التنشيط" ينطوي على تنشيط الجراثيم وجعلها جاهزة للانبات.
"الإنبات" ينطوي على فقدان الانكسارية الميكروسكوبية للبوغ وفقدان المقاومة للحرارة والمواد الكيميائية. يفقد البويغ مكونات حمض الكالسيوم-ديكوليكولينك ومكونات القشرة. علاوة على ذلك ، فإن SASPs متدهورة.
وينطوي "النمو الزائد" على تورم واضح بسبب امتصاص الماء وكذلك توليف الحمض النووي الجديد والرنا والبروتينات. تنبثق الخلية من طبقة البوغ المحطمة وتبدأ في النهاية بالانقسام. ثم تبقى الخلية في نمو الخضري حتى تكون الظروف البيئية مواتية.
بينما تعقيم مادة لجعلها خالية من البكتيريا ، يتم قتل البكتيريا الموجودة فيها بطريقة ما. ومع ذلك ، إذا كانت المادة تحتوي على آلات بوغ ، يصعب تعقيمها. كلما زاد عدد الجراثيم في المادة ، كلما ارتفع الضغط اللازم لتعقيمها.
بالنسبة لمستعمرات البكتريا التي تشكل البويضة التي تنمو على صفائح أو ممرات آغار ، كلما زاد عمر البكتريا ، فإنها تشكل الأبواغ بسبب الشيخوخة ونقص المغذيات وتراكم المستقلبات.
