Structura celulei bacteriene
În comparație cu eucariotele, caracteristicile intracelulare ale celulei bacteriene sunt extrem de simple. Bacteriile nu conțin organite în același sens ca și eucariotele. În schimb, cromozomul și, probabil, ribozomii sunt singurele structuri intracelulare ușor observabile care se găsesc la toate bacteriile. Există, totuși, grupuri specializate de bacterii care conțin structuri intracelulare mai complexe, dintre care unele sunt discutate mai jos.
ADN-ul bacterian și plasmideleEdit
În comparație cu eucariotele, ADN-ul bacterian nu este închis în interiorul unui nucleu legat de membrană, ci rezidă în interiorul citoplasmei bacteriene. Acest lucru înseamnă că transferul de informații celulare prin procesele de traducere, transcripție și replicare a ADN-ului au loc în cadrul aceluiași compartiment și pot interacționa cu alte structuri citoplasmatice, mai ales cu ribozomii. ADN-ul bacterian poate fi localizat în două locuri:
- Cromozomul bacterian, localizat în regiunea de formă neregulată cunoscută sub numele de nucleoid
- ADN extracromosomal, localizat în afara regiunii nucleoidale sub formă de plasmide circulare sau liniare
ADN-ul bacterian nu este împachetat cu ajutorul histonelor pentru a forma cromatină, ca la eucariote, ci există în schimb ca o structură supraînfășurată foarte compactă, a cărei natură exactă rămâne neclară. Majoritatea cromozomilor bacterieni sunt circulari, deși există câteva exemple de ADN liniar (de exemplu, Borrelia burgdorferi). De obicei, este prezent un singur cromozom bacterian, deși au fost descrise unele specii cu cromozomi multipli.
Pe lângă ADN cromozomial, majoritatea bacteriilor conțin, de asemenea, mici bucăți independente de ADN numite plasmide care adesea codifică pentru trăsături care sunt avantajoase, dar nu esențiale pentru gazda lor bacteriană. Plasmidele pot fi ușor câștigate sau pierdute de o bacterie și pot fi transferate între bacterii ca o formă de transfer orizontal de gene. Astfel, plasmidele pot fi descrise ca un ADN cromozomial suplimentar într-o celulă bacteriană.
Ribosomi și alte complexe multiproteiceEdit
În majoritatea bacteriilor, cea mai numeroasă structură intracelulară este ribozomul, locul sintezei proteinelor la toate organismele vii. Toate procariotele au ribozomi 70S (unde S=unități Svedberg), în timp ce eucariotele conțin ribozomi 80S mai mari în citosolul lor. Ribosomul 70S este alcătuit din subunitățile 50S și 30S. Subunitatea 50S conține ARNr 23S și 5S, în timp ce subunitatea 30S conține ARNr 16S. Aceste molecule de ARNr au dimensiuni diferite la eucariote și sunt complexate cu un număr mare de proteine ribozomale, al căror număr și tip poate varia ușor de la un organism la altul. Deși ribozomul este complexul multiproteic intracelular cel mai frecvent observat la bacterii, există și alte complexe mari care pot fi observate uneori cu ajutorul microscopiei.
Membrane intracelulareEdit
Chiar dacă nu sunt tipice tuturor bacteriilor, unii microbi conțin membrane intracelulare în plus față de (sau ca extensii ale) membranelor lor citoplasmatice. O idee timpurie a fost aceea că bacteriile ar putea conține pliuri membranare denumite mezozomi, dar ulterior s-a demonstrat că acestea sunt artefacte produse de substanțele chimice utilizate pentru a pregăti celulele pentru microscopia electronică. Exemple de bacterii care conțin membrane intracelulare sunt fototrofele, bacteriile nitrificatoare și bacteriile care oxidează metanul. Membrane intracelulare se găsesc, de asemenea, la bacteriile aparținând grupului Planctomycetes, puțin studiat, deși aceste membrane se aseamănă mai mult cu membranele organelare de la eucariote și au o funcție necunoscută în prezent. Cromatoforii sunt membrane intracelulare care se găsesc la bacteriile fototrofe. Folosite în principal pentru fotosinteză, ele conțin pigmenți bacterioclorofilieni și carotenoizi.
CitoscheletulEdit
Citoscheletul procariot este denumirea colectivă pentru toate filamentele structurale la procariote. S-a crezut cândva că celulele procariote nu posedă citoschelete, dar progresele recente în tehnologia de vizualizare și determinarea structurii au arătat că filamentele există într-adevăr în aceste celule. De fapt, omologii pentru toate proteinele importante ale citoscheletului din eucariote au fost găsiți la procariote. Elementele citoscheletice joacă roluri esențiale în diviziunea celulară, protecția, determinarea formei și determinarea polarității la diferite procariote.
Structuri de stocare a nutriențilorEdit
Majoritatea bacteriilor nu trăiesc în medii care conțin în permanență cantități mari de nutrienți. Pentru a se adapta la aceste niveluri tranzitorii de nutrienți, bacteriile conțin mai multe metode diferite de stocare a nutrienților în perioadele de abundență pentru a fi utilizați în perioadele de lipsă. De exemplu, multe bacterii stochează excesul de carbon sub formă de polihidroxialcanoați sau glicogen. Unii microbi stochează nutrienți solubili, cum ar fi nitrații, în vacuole. Sulful este cel mai adesea stocat sub formă de granule elementare (S0) care pot fi depozitate fie intra-, fie extracelular. Granulele de sulf sunt deosebit de frecvente în cazul bacteriilor care utilizează hidrogenul sulfurat ca sursă de electroni. Cele mai multe dintre exemplele menționate mai sus pot fi vizualizate cu ajutorul unui microscop și sunt înconjurate de o membrană subțire neunitară pentru a le separa de citoplasmă.
IncluziuniEdit
Incluziunile sunt considerate a fi componente neviabile ale celulei care nu posedă activitate metabolică și nu sunt delimitate de membrane. Cele mai frecvente incluziuni sunt glicogenul, picăturile lipidice, cristalele și pigmenții. Granulele de volutină sunt incluziuni citoplasmatice de polifosfat anorganic complexat. Acești granule se numesc granule metacromatice datorită faptului că prezintă efectul metacromatic; ele apar roșii sau albastre atunci când sunt colorate cu coloranții albaștri albastru de metilen sau albastru de toluidină.
Vacuole gazoaseEdit
Vacuolele de gaz sunt vezicule fusiforme, legate de membrană, întâlnite la unele bacterii planctonice și cianobacterii, care asigură flotabilitatea acestor celule prin scăderea densității totale a acestora. Flotabilitatea pozitivă este necesară pentru a menține celulele în partea superioară a coloanei de apă, astfel încât acestea să poată continua să efectueze fotosinteza. Ele sunt alcătuite dintr-un înveliș de proteine care are o suprafață interioară foarte hidrofobă, ceea ce o face impermeabilă la apă (și împiedică condensarea vaporilor de apă în interior), dar permeabilă la majoritatea gazelor. Deoarece vezicula de gaz este un cilindru gol, aceasta este susceptibilă să se prăbușească atunci când presiunea din jur crește. Selecția naturală a ajustat fin structura veziculei de gaz pentru a-i maximiza rezistența la deformare, incluzând o proteină de întărire externă, GvpC, asemănătoare firului verde dintr-un furtun împletit. Există o relație simplă între diametrul veziculei de gaz și presiunea la care aceasta se va prăbuși – cu cât vezicula de gaz este mai lată, cu atât devine mai slabă. Cu toate acestea, veziculele de gaz mai late sunt mai eficiente, oferind mai multă flotabilitate pe unitatea de proteină decât veziculele de gaz înguste. Diferite specii produc vezicule de gaz cu diametre diferite, ceea ce le permite să colonizeze diferite adâncimi ale coloanei de apă (specii cu creștere rapidă, foarte competitive, cu vezicule de gaz late în straturile superioare; specii cu creștere lentă, adaptate la întuneric, cu vezicule de gaz înguste și puternice în straturile mai adânci). Diametrul veziculelor de gaz va ajuta, de asemenea, la determinarea speciilor care supraviețuiesc în diferite corpuri de apă. Lacurile adânci care se confruntă cu amestecuri pe timp de iarnă expun celulele la presiunea hidrostatică generată de întreaga coloană de apă. Acest lucru va selecta speciile cu vezicule de gaz mai înguste și mai puternice.
Celula își atinge înălțimea în coloana de apă prin sintetizarea veziculelor de gaz. Pe măsură ce celula se ridică, este capabilă să își mărească încărcătura de carbohidrați prin fotosinteză crescută. Dacă se ridică prea sus, celula va suferi fotoblematizarea și posibila moarte; cu toate acestea, carbohidrații produși în timpul fotosintezei cresc densitatea celulei, determinând-o să se scufunde. Ciclul zilnic de acumulare de carbohidrați din fotosinteză și de catabolism al carbohidraților în timpul orelor de întuneric este suficient pentru a regla cu precizie poziția celulei în coloana de apă, aducând-o la suprafață atunci când nivelul de carbohidrați este scăzut și are nevoie de fotosinteză, și permițându-i să se scufunde departe de radiațiile UV dăunătoare atunci când nivelul de carbohidrați al celulei a fost refăcut. Un exces extrem de mare de carbohidrați determină o schimbare semnificativă a presiunii interne a celulei, ceea ce face ca veziculele de gaz să se îndoaie și să se prăbușească, iar celula să se scufunde.
MicrocompartimenteEdit
Microcompartimentele bacteriene sunt organite răspândite, legate de membrană, care sunt alcătuite dintr-un înveliș proteic care înconjoară și cuprinde diverse enzime. oferă un nivel suplimentar de organizare; ele sunt compartimente în interiorul bacteriilor care sunt înconjurate de învelișuri proteice poliedrice, mai degrabă decât de membrane lipidice. Aceste „organite poliedrice” localizează și compartimentalizează metabolismul bacterian, o funcție îndeplinită de organitele legate de membrană la eucariote.
CarboxisomiEdit
Carboxisomii sunt microcompartimente bacteriene care se găsesc la multe bacterii autotrofe, cum ar fi cianobacteriile, Knallgasbacteria, Nitroso- și Nitrobacteria. Sunt structuri proteice care seamănă ca morfologie cu capetele fagilor și conțin enzimele de fixare a dioxidului de carbon la aceste organisme (în special ribouloză bifosfat carboxilaza/oxigenaza, RuBisCO și anhidraza carbonică). Se crede că concentrația locală ridicată a enzimelor, împreună cu conversia rapidă a bicarbonatului în dioxid de carbon de către anhidraza carbonică, permite o fixare mai rapidă și mai eficientă a dioxidului de carbon decât este posibil în interiorul citoplasmei. Se știe că structuri similare adăpostesc glicerol dehidrataza care conține coenzima B12, enzima cheie a fermentării glicerolului în 1,3-propandiol, la unele Enterobacteriaceae (de exemplu Salmonella).
MagnetosomiEdit
Magnetosomii sunt microcompartimente bacteriene întâlnite la bacteriile magnetotactice care le permit să detecteze și să se alinieze de-a lungul unui câmp magnetic (magnetotaxie). Rolul ecologic al magnetotazei este necunoscut, dar se crede că este implicat în determinarea concentrațiilor optime de oxigen. Magnetozomii sunt compuși din mineralul magnetită sau greigit și sunt înconjurați de o membrană bistratificată de lipide. Morfologia magnetosomilor este specifică fiecărei specii.
.