Budowa komórki bakteryjnej
W porównaniu z eukariotami, cechy wewnątrzkomórkowe komórki bakteryjnej są niezwykle proste. Bakterie nie zawierają organelli w takim samym sensie jak eukarionty. Zamiast tego, chromosom i być może rybosomy są jedynymi łatwo obserwowalnymi strukturami wewnątrzkomórkowymi występującymi u wszystkich bakterii. Istnieją jednak wyspecjalizowane grupy bakterii, które zawierają bardziej złożone struktury wewnątrzkomórkowe, z których niektóre omówiono poniżej.
Bakteryjne DNA i plazmidyEdit
W przeciwieństwie do eukariotów, DNA bakterii nie jest zamknięte wewnątrz jądra związanego z błoną, ale zamiast tego rezyduje wewnątrz cytoplazmy bakterii. Oznacza to, że przekazywanie informacji komórkowej poprzez procesy translacji, transkrypcji i replikacji DNA zachodzi w tym samym przedziale i może oddziaływać z innymi strukturami cytoplazmatycznymi, w szczególności z rybosomami. Bakteryjne DNA może być zlokalizowane w dwóch miejscach:
- Chromosom bakteryjny, zlokalizowany w regionie o nieregularnym kształcie zwanym nukleoidem
- DNA pozakomórkowe, zlokalizowane poza regionem nukleoidu w postaci kolistych lub liniowych plazmidów
Bakteryjne DNA nie jest pakowane przy użyciu histonów w celu utworzenia chromatyny, jak u eukariotów, lecz zamiast tego istnieje jako wysoce zwarta, superzwinięta struktura, której dokładna natura pozostaje niejasna. Większość chromosomów bakteryjnych jest kolista, chociaż istnieją przykłady liniowego DNA (np. Borrelia burgdorferi). Zazwyczaj obecny jest pojedynczy chromosom bakteryjny, chociaż opisano kilka gatunków z wieloma chromosomami.
Wraz z chromosomalnym DNA, większość bakterii zawiera również małe niezależne fragmenty DNA zwane plazmidami, które często kodują cechy, które są korzystne, ale nie niezbędne dla ich bakteryjnego gospodarza. Plazmidy mogą być łatwo zdobywane lub tracone przez bakterię i mogą być przenoszone między bakteriami jako forma horyzontalnego transferu genów. Tak więc plazmidy można opisać jako dodatkowe chromosomalne DNA w komórce bakteryjnej.
Rybosomy i inne kompleksy wielobiałkoweEdit
W większości bakterii najliczniejszą strukturą wewnątrzkomórkową jest rybosom, miejsce syntezy białek u wszystkich organizmów żywych. Wszystkie prokariota mają rybosomy 70S (gdzie S=jednostki Svedberga), podczas gdy eukariota zawiera większe rybosomy 80S w swoim cytozolu. Rybosom 70S składa się z podjednostek 50S i 30S. Podjednostka 50S zawiera 23S i 5S rRNA, podczas gdy podjednostka 30S zawiera 16S rRNA. Te cząsteczki rRNA różnią się wielkością u eukariontów i są złożone z dużej liczby białek rybosomalnych, których liczba i rodzaj mogą się nieznacznie różnić u poszczególnych organizmów. Podczas gdy rybosom jest najczęściej obserwowanym wewnątrzkomórkowym kompleksem wielobiałkowym u bakterii, inne duże kompleksy występują i mogą być czasami widoczne przy użyciu mikroskopii.
Błony wewnątrzkomórkoweEdit
Choć nie jest to typowe dla wszystkich bakterii, niektóre mikroby zawierają błony wewnątrzkomórkowe jako dodatek do (lub rozszerzenie) ich błon cytoplazmatycznych. Wczesnym pomysłem było to, że bakterie mogą zawierać fałdy membranowe określane jako mezosomy, ale później okazało się, że są to artefakty wytwarzane przez chemikalia używane do przygotowania komórek do mikroskopii elektronowej. Przykładami bakterii zawierających błony wewnątrzkomórkowe są fototrofy, bakterie nitryfikacyjne i bakterie utleniające metan. Błony wewnątrzkomórkowe występują również u bakterii należących do słabo zbadanej grupy Planctomycetes, chociaż błony te bardziej przypominają błony organellarne u eukariotów i ich funkcja jest obecnie nieznana. Chromatofory to błony wewnątrzkomórkowe występujące u bakterii fototroficznych. Używane głównie do fotosyntezy, zawierają pigmenty bakteriochlorofilowe i karotenoidy.
CytoszkieletEdit
Cytoszkielet prokariotyczny to zbiorcza nazwa wszystkich filamentów strukturalnych u prokariotów. Kiedyś sądzono, że komórki prokariotyczne nie posiadają cytoszkieletu, ale ostatnie postępy w technologii wizualizacji i określania struktury wykazały, że filamenty rzeczywiście istnieją w tych komórkach. W rzeczywistości, homologi wszystkich głównych białek cytoszkieletowych u eukariotów zostały znalezione u prokariotów. Elementy cytoszkieletu odgrywają istotne role w podziale komórek, ochronie, określaniu kształtu i określaniu biegunowości u różnych prokariotów.
Struktury magazynujące substancje odżywczeEdit
Większość bakterii nie żyje w środowiskach, które zawierają duże ilości substancji odżywczych przez cały czas. Aby zaspokoić te przejściowe poziomy składników odżywczych bakterie zawierają kilka różnych metod przechowywania składników odżywczych w czasach obfitości do wykorzystania w czasach niedoboru. Na przykład, wiele bakterii przechowuje nadmiar węgla w postaci polihydroksyalkanianów lub glikogenu. Niektóre mikroby przechowują w wakuolach rozpuszczalne składniki odżywcze, takie jak azotan. Siarka jest najczęściej magazynowana w postaci granulek elementarnych (S0), które mogą być odkładane wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowo. Granulki siarki są szczególnie powszechne u bakterii, które wykorzystują siarkowodór jako źródło elektronów. Większość z wyżej wymienionych przykładów może być oglądana przy użyciu mikroskopu i jest otoczona cienką błoną niezespoloną w celu oddzielenia ich od cytoplazmy.
InkluzjeEdit
Inkluzje są uważane za nieożywione składniki komórki, które nie posiadają aktywności metabolicznej i nie są ograniczone błonami. Najczęściej spotykane inkluzje to glikogen, kropelki lipidów, kryształy i pigmenty. Ziarnistości wolutynowe są cytoplazmatycznymi inkluzjami złożonymi z nieorganicznego polifosforanu. Granulki te nazywane są granulkami metachromatycznymi ze względu na wykazywanie przez nie efektu metachromatycznego; pojawiają się one na czerwono lub niebiesko po wybarwieniu niebieskimi barwnikami błękitem metylenowym lub błękitem toluidynowym.
Wakuole gazoweEdit
Wakuole gazowe to związane z błoną, wrzecionowate pęcherzyki, występujące u niektórych bakterii planktonowych i sinic, które zapewniają tym komórkom pływalność poprzez zmniejszenie ich ogólnej gęstości komórkowej. Dodatnia siła wyporu jest potrzebna do utrzymania komórek w górnych partiach słupa wody, tak aby mogły kontynuować fotosyntezę. Są one zbudowane z powłoki białkowej, która ma wysoce hydrofobową powierzchnię wewnętrzną, co czyni ją nieprzepuszczalną dla wody (i powstrzymuje parę wodną przed skraplaniem się wewnątrz), ale przepuszczalną dla większości gazów. Ponieważ pęcherzyk gazu jest pustym cylindrem, może się zapaść, gdy wzrośnie ciśnienie w otoczeniu. Selekcja naturalna tak dostroiła strukturę pęcherzyka gazu, by zmaksymalizować jego odporność na wyboczenie, włączając w to zewnętrzne białko wzmacniające, GvpC, przypominające raczej zieloną nitkę w splatanej rurze wężowej. Istnieje prosta zależność pomiędzy średnicą pęcherzyka gazu a ciśnieniem, przy którym pęcherzyk się zapada – im szerszy pęcherzyk gazu, tym jest słabszy. Szersze pęcherzyki gazu są jednak bardziej wydajne, zapewniając większą wyporność na jednostkę białka niż wąskie pęcherzyki gazu. Różne gatunki wytwarzają pęcherzyki gazowe o różnej średnicy, co pozwala im kolonizować różne głębokości słupa wody (szybko rosnące, wysoce konkurencyjne gatunki z szerokimi pęcherzykami gazowymi w najwyższych warstwach; wolno rosnące, przystosowane do życia w ciemności gatunki z silnymi wąskimi pęcherzykami gazowymi w głębszych warstwach). Średnica pęcherzyków gazowych pomoże również określić, które gatunki przetrwają w różnych zbiornikach wodnych. Głębokie jeziora, które doświadczają zimowego mieszania, wystawiają komórki na działanie ciśnienia hydrostatycznego generowanego przez pełną kolumnę wody. To będzie selekcjonować dla gatunków z węższymi, silniejszymi pęcherzykami gazowymi.
Komórka osiąga swoją wysokość w słupie wody poprzez syntezę pęcherzyków gazowych. Jak komórka wznosi się w górę, jest w stanie zwiększyć swój ładunek węglowodanów poprzez zwiększoną fotosyntezę. Zbyt wysoko i komórka będzie cierpieć na fotobielenie i możliwą śmierć, jednak węglowodany produkowane podczas fotosyntezy zwiększają gęstość komórki, powodując jej zatonięcie. Dzienny cykl gromadzenia węglowodanów z fotosyntezy i katabolizmu węglowodanów podczas godzin ciemnych jest wystarczający do dostrojenia pozycji komórki w słupie wody, wynosząc ją ku powierzchni, gdy poziom węglowodanów jest niski i potrzebuje fotosyntezy, i pozwalając jej tonąć z dala od szkodliwego promieniowania UV, gdy poziom węglowodanów w komórce został uzupełniony. Ekstremalny nadmiar węglowodanów powoduje znaczną zmianę w ciśnieniu wewnętrznym komórki, co powoduje, że pęcherzyki gazowe zapinają się i zapadają, a komórka zapada się.
MikroprzedziałyEdit
Mikroprzedziały bakteryjne są szeroko rozpowszechnionymi, związanymi z błoną organellami, które są wykonane z powłoki białkowej, która otacza i zamyka różne enzymy. zapewniają dalszy poziom organizacji; są to przedziały w bakteriach, które są otoczone przez wielościany powłok białkowych, a nie przez błony lipidowe. Te „organelle wielościanowe” lokalizują i kompartmentalizują metabolizm bakteryjny, funkcję wykonywaną przez organelle związane z błonami u eukariotów.
KarboksysomyEdit
Karboksysomy to bakteryjne mikrokompleksy występujące u wielu bakterii autotroficznych, takich jak Cyanobacteria, Knallgasbacteria, Nitroso- i Nitrobacteria. Są to białkowe struktury przypominające morfologicznie główki fagów i zawierają enzymy wiążące dwutlenek węgla u tych organizmów (szczególnie karboksylaza/oksygenaza bisfosforanu rybulozy, RuBisCO i anhydraza węglowa). Uważa się, że wysoka lokalna koncentracja enzymów wraz z szybk± konwersj± wodorowęglanu do dwutlenku węgla przez anhydrazę węglow± umożliwia szybsze i bardziej wydajne wiązanie dwutlenku węgla niż jest to możliwe wewn±trz cytoplazmy. Wiadomo, że podobne struktury są siedliskiem koenzymu B12 zawierającego dehydratazę glicerolu, kluczowego enzymu fermentacji glicerolu do 1,3-propanediolu, w niektórych Enterobacteriaceae (np. Salmonella).
MagnetosomyEdit
Magnetosomy to mikrokompleksy bakteryjne występujące u bakterii magnetotaktycznych, które umożliwiają im wyczuwanie i ustawianie się wzdłuż pola magnetycznego (magnetotaksja). Ekologiczna rola magnetotaksji jest nieznana, ale uważa się, że jest ona zaangażowana w określanie optymalnych stężeń tlenu. Magnetosomy składają się z minerału magnetytu lub greigitu i są otoczone dwuwarstwową błoną lipidową. Morfologia magnetosomów jest specyficzna gatunkowo.