Бак­те­рии – самая древ­няя груп­па ор­га­низ­мов из ныне су­ще­ству­ю­щих на Земле. Пер­вые бак­те­рии по­яви­лись, ве­ро­ят­но, более 3,5 млрд лет назад и на про­тя­же­нии почти мил­ли­ар­да лет были един­ствен­ны­ми жи­вы­ми су­ще­ства­ми на нашей пла­не­те.

Раз­ме­ры их кле­ток ко­леб­лют­ся в пре­де­лах от 1 до 15 мкм. Ги­ган­та­ми счи­та­ют­ся бак­те­рии, тело ко­то­рых в длину до­сти­га­ет 30-100 мкм.

Сен­ная па­лоч­ка (одна из самых круп­ных бак­те­рий).

По форме кле­ток раз­ли­ча­ют

Ша­ро­вид­ные — кокки:

• Мик­ро­кок­ки — де­лят­ся в раз­ных плос­ко­стях, лежат оди­ноч­но;
• Ди­пло­кок­ки — де­лят­ся в одной плос­ко­сти, об­ра­зу­ют пары;
• Тет­ра­кок­ки — де­лят­ся в двух плос­ко­стях, об­ра­зу­ют тет­ра­ды;
• Стреп­то­кок­ки — де­лят­ся в одной плос­ко­сти, об­ра­зу­ют це­поч­ки;
• Ста­фи­ло­кок­ки — де­лят­ся в раз­ных плос­ко­стях, об­ра­зу­ют скоп­ле­ния, на­по­по­ми­на­ю­щие гроз­ди ви­но­гра­да;
• Сар­ци­ны — де­лят­ся в трех плос­ко­стях, об­ра­зу­ют па­ке­ты по 8 осо­бей.

Вы­тя­ну­тые — па­лоч­ки:

• ба­цил­лы (па­лоч­ко­вид­ные) — де­лят­ся в раз­ных плос­ко­стях, лежат оди­ноч­но;

Из­ви­тые:

• Виб­ри­о­ны — в виде за­пя­той;
• Спи­рил­лы — имеют от 4 до 6 вит­ков;
• Спи­ро­хе­ты — длин­ные и тон­кие из­ви­тые формы с чис­лом вит­ков от 6 до 15.

По­ми­мо ос­нов­ных, в при­ро­де встре­ча­ют­ся и дру­гие, весь­ма раз­но­об­раз­ные, формы бак­те­ри­аль­ных кле­ток.

Среди струк­тур бак­те­ри­аль­ных кле­ток раз­ли­ча­ют:

• Ос­нов­ные струк­ту­ры — кле­точ­ную стен­ку, ци­то­плаз­ма­ти­че­скую мем­бра­ну, ци­то­плаз­му с раз­лич­ны­ми ци­то­плаз­ма­ти­че­ски­ми вклю­че­ни­я­ми и нук­лео­ид;
• Вре­мен­ные струк­ту­ры (име­ют­ся лишь на опре­де­лен­ных эта­пах жиз­нен­но­го цикла) — кап­су­ла, жгу­ти­ки, фим­брии, у не­ко­то­рых — эн­до­спо­ры.

Кле­точ­ная обо­лоч­ка бак­те­рии про­ни­ца­е­ма: через неё пи­та­тель­ные ве­ще­ства сво­бод­но про­хо­дят в клет­ку, а про­дук­ты об­ме­на ве­ществ вы­хо­дят в окру­жа­ю­щую среду. Кле­точ­ная стен­ка - при­су­ща боль­шин­ству бак­те­рий (кроме ми­ко­плазм, ахо­ле­плазм и не­ко­то­рых дру­гих не име­ю­щих ис­тин­ной кле­точ­ной стен­ки мик­ро­ор­га­низ­мов). Она об­ла­да­ет рядом функ­ций, пре­жде всего обес­пе­чи­ва­ет ме­ха­ни­че­скую за­щи­ту и по­сто­ян­ную форму кле­ток, с ее на­ли­чи­ем в зна­чи­тель­ной сте­пе­ни свя­за­ны ан­ти­ген­ные свой­ства бак­те­рий. Кле­точ­ная стен­ка бак­те­рий – струк­ту­ра до­воль­но проч­ная и поз­во­ля­ет клет­ке со­хра­нять свою форму; это обу­слов­ле­но на­ли­чи­ем в ней му­ре­и­на – мо­ле­ку­лы, по­стро­ен­ной из па­рал­лель­ных по­ли­са­ха­рид­ных цепей, пе­ре­крест­но свя­зан­ных через ре­гу­ляр­ные ин­тер­ва­лы ко­рот­ки­ми це­пя­ми ами­но­кис­лот.

Часто по­верх кле­точ­ной стен­ки у бак­те­рий вы­ра­ба­ты­ва­ет­ся до­пол­ни­тель­ный за­щит­ный слой слизи — кап­су­ла.

Кап­су­ла предо­хра­ня­ет бак­те­рию от вы­сы­ха­ния. Кап­су­ла со­дер­жит ток­си­ны. Тол­щи­на кап­су­лы может во много раз пре­вы­шать диа­метр самой клет­ки, но может быть и очень не­боль­шой.

На по­верх­но­сти не­ко­то­рых бак­те­рий име­ют­ся длин­ные жгу­ти­ки (один, два или много) или ко­рот­кие тон­кие вор­син­ки. Длина жгу­ти­ков может во много раз пре­вос­хо­дить раз­ме­ры тела бак­те­рий. С по­мо­щью жгу­ти­ков и вор­си­нок бак­те­рии пе­ре­дви­га­ют­ся.

Ци­то­плаз­ма­ти­че­ская мем­бра­на ре­гу­ли­ру­ет по­ступ­ле­ние пи­та­тель­ных ве­ществ в клет­ку и выход про­дук­тов ме­та­бо­лиз­ма на­ру­жу, при­ни­ма­ет уча­стие в ме­та­бо­лиз­ме кле­ток. Имеет ти­пич­ное стро­е­ние: би­мо­ле­ку­ляр­ный слой фос­фо­ли­пи­дов с встро­ен­ны­ми бел­ка­ми. Белки мем­бра­ны в ос­нов­ном пред­став­ле­ны струк­тур­ны­ми бел­ка­ми, об­ла­да­ю­щи­ми фер­мен­та­тив­ной ак­тив­но­стью. Обыч­но темпы роста ци­то­плаз­ма­ти­че­ской мем­бра­ны опе­ре­жа­ют темпы роста кле­точ­ной стен­ки. Это при­во­дит к тому, что мем­бра­на часто об­ра­зу­ет мно­го­чис­лен­ные ин­ва­ги­на­ции (впя­чи­ва­ния) раз­лич­ной формы — ме­зо­со­мы (участ­ву­ют в энер­ге­ти­че­ском об­ме­не, спо­ро­об­ра­зо­ва­нии, фор­ми­ро­ва­нии меж­кле­точ­ной пе­ре­го­род­ки при де­ле­нии)

В клет­ках фо­то­син­те­зи­ру­ю­щих бак­те­рий име­ют­ся внут­ри­ци­то­плаз­ма­ти­че­ские мем­бран­ные об­ра­зо­ва­ния — хро­ма­то­фо­ры, обес­пе­чи­ва­ю­щие про­те­ка­ние бак­те­ри­аль­но­го фо­то­син­те­за.

В от­ли­чие от дру­гих од­но­кле­точ­ных ор­га­низ­мов у бак­те­рий нет ядра: их ядер­ное ве­ще­ство не от­де­ле­но от ци­то­плаз­мы обо­лоч­кой и рас­пре­де­ле­но в ци­то­плаз­ме.

Нук­лео­ид. Мо­ле­ку­ла ДНК имеет ти­пич­ное стро­е­ние. Она со­сто­ит из двух по­ли­нук­лео­тид­ных цепей, об­ра­зу­ю­щих двой­ную спи­раль. В от­ли­чие от эу­ка­ри­от, ДНК имеет коль­це­вую струк­ту­ру, а не ли­ней­ную. Мо­ле­ку­лу ДНК бак­те­рий отож­деств­ля­ют с одной хро­мо­со­мой эу­ка­ри­от. Но если у эу­ка­ри­от в хро­мо­со­мах ДНК свя­за­на с бел­ка­ми, то у бак­те­рий ДНК ком­плек­сов с бел­ка­ми не об­ра­зу­ет.

ДНК бак­те­рий за­креп­ле­на на ци­то­плаз­ма­ти­че­ской мем­бра­не в об­ла­сти ме­зо­со­мы.

Клет­ки мно­гих бак­те­рий имеют не­хро­мо­сом­ные ге­не­ти­че­ские эле­мен­ты — плаз­ми­ды. Они пред­став­ля­ют собой не­боль­шие коль­це­вые мо­ле­ку­лы ДНК, спо­соб­ные реп­ли­ци­ро­вать­ся не­за­ви­си­мо от хро­мо­сом­ной ДНК. Среди них раз­ли­ча­ют F-фак­тор — плаз­ми­ду, кон­тро­ли­ру­ю­щую по­ло­вой про­цесс. (см. также био­тех­но­ло­гия, по­лу­че­ние ин­су­ли­на)

Ри­бо­со­мы. По раз­ме­рам мень­ше ри­бо­сом эу­ка­ри­от, в них про­ис­хо­дит син­тез белка. Ри­бо­со­мы сво­бод­но лежат в ци­то­плаз­ме и не свя­за­ны с мем­бра­на­ми (как у эу­ка­ри­от). Для бак­те­рий ха­рак­тер­ны 70S-ри­бо­со­мы, об­ра­зо­ван­ные двумя субъ­еди­ни­ца­ми: 30S и 50S. Ри­бо­со­мы бак­те­ри­аль­ных кле­ток со­бра­ны в по­ли­со­мы, об­ра­зо­ван­ные де­сят­ка­ми ри­бо­сом.

Вме­сте с пищей бак­те­рии, как и дру­гие ор­га­низ­мы, по­лу­ча­ют энер­гию для про­цес­сов жиз­не­де­я­тель­но­сти и стро­и­тель­ный ма­те­ри­ал для син­те­за кле­точ­ных струк­тур. Среди бак­те­рий раз­ли­ча­ют:

1. Ге­те­ро­тро­фов, по­треб­ля­ю­щих го­то­вое ор­га­ни­че­ское ве­ще­ство. Они могут быть:

• са­про­тро­фа­ми (са­про­фи­та­ми), то есть пи­тать­ся мерт­вым ор­га­ни­че­ском ве­ще­ством;
• па­ра­зи­та­ми, то есть по­треб­лять ор­га­ни­че­ское ве­ще­ство живых рас­те­ний и жи­вот­ных, на­но­ся вред ор­га­низ­му;
• сим­бион­та­ми, то есть по­треб­лять ор­га­ни­че­ское ве­ще­ство живых рас­те­ний и жи­вот­ных, НЕ на­но­ся вред ор­га­низ­му.

2. Ав­то­тро­фов, спо­соб­ных син­те­зи­ро­вать ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства из не­ор­га­ни­че­ских. Среди них раз­ли­ча­ют:

• Фо­то­син­те­ти­ков, осу­ществ­ля­ю­щих про­цес­сы син­те­за за счет энер­гии сол­неч­но­го света с по­мо­щью бак­те­рио­хло­ро­фил­ла;
• хе­мо­син­те­ти­ков, син­те­зи­ру­ю­щих ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства за счет хи­ми­че­ской энер­гии окис­ле­ния серы, се­ро­во­до­ро­да, ам­ми­а­ка и т.д.

Хе­мо­син­тез

Среди про­ка­ри­от есть груп­па мик­ро­ор­га­низ­мов, спо­соб­ных, в от­ли­чие от эу­ка­ри­от, в про­цес­се ка­та­бо­лиз­ма осу­ществ­лять окис­ле­ние не­ор­га­ни­че­ских ве­ществ (см. хе­мо­син­тез). К ним от­но­сят­ся нит­ри­фи­ци­ру­ю­щие бак­те­рии, же­ле­зо­бак­те­рии, во­до­род­ные бак­те­рии и т.д.

Из­вест­ны бак­те­рии, ко­то­рые в ка­че­стве ис­точ­ни­ка энер­гии для та­ко­го син­те­за ис­поль­зу­ют не сол­неч­ный свет, а энер­гию хи­ми­че­ских свя­зей, про­ис­хо­дя­щих в клет­ках ор­га­низ­мов при окис­ле­нии не­ко­то­рых не­ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний – се­ро­во­до­ро­да, серы, ам­ми­а­ка, во­до­ро­да, азот­ной кис­ло­ты, за­кис­ных со­еди­не­ний же­ле­за и мар­ган­ца. Об­ра­зо­ван­ное с ис­поль­зо­ва­ни­ем этой хи­ми­че­ской энер­гии ор­га­ни­че­ское ве­ще­ство они ис­поль­зу­ют для по­стро­е­ния кле­ток сво­е­го тела. По­это­му такой про­цесс на­зы­ва­ют хе­мо­син­те­зом.

Важ­ней­шую груп­пу хе­мо­син­те­зи­ру­ю­щих мик­ро­ор­га­низ­мов со­став­ля­ют нит­ри­фи­ци­ру­ю­щие бак­те­рии. Эти бак­те­рии живут в почве и осу­ществ­ля­ют окис­ле­ние ам­ми­а­ка, об­ра­зо­вав­ше­го­ся при гни­е­нии ор­га­ни­че­ских остат­ков, до азот­ной кис­ло­ты. По­след­няя, ре­а­ги­ру­ет с ми­не­раль­ны­ми со­еди­не­ни­я­ми почвы, пре­вра­ща­ют­ся в соли азот­ной кис­ло­ты. Этот про­цесс про­хо­дит в две фазы.

Фо­то­син­тез

Не­боль­шая груп­па ав­то­троф­ных бак­те­рий спо­соб­на осу­ществ­лять фо­то­син­те­ти­че­ское фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние. К ним от­но­сят­ся ци­анобак­те­рии, зе­ле­ные и сер­ные пур­пур­ные бак­те­рии. Фо­то­син­тез ци­анобак­те­рий схо­ден с фо­то­син­те­зом рас­те­ний и со­про­вож­да­ет­ся вы­де­ле­ни­ем кис­ло­ро­да. Зе­ле­ные и пур­пур­ные бак­те­рии в ка­че­стве до­но­ра элек­тро­нов ис­поль­зу­ют се­ро­во­до­род, серу, суль­фат, мо­ле­ку­ляр­ный во­до­род и т.д., но не воду. По­это­му в дан­ном слу­чае мо­ле­ку­ляр­но­го кис­ло­ро­да не об­ра­зу­ет­ся.

Аэроб­ный бак­те­рии - оби­та­ют в кис­ло­род­ной среде, по­лу­ча­ют энер­гию за счет окис­ле­ния ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний до СО₂ и Н₂О (ста­фи­ло­кок­ки).

Анаэ­роб­ные бак­те­рии - ис­поль­зу­ют энер­гию, вы­де­ля­е­мую в про­цес­се бро­же­ния.

Анаэ­роб­ные бак­те­рии спо­соб­ны раз­ви­вать­ся в усло­ви­ях от­сут­ствия сво­бод­но­го кис­ло­ро­да в окру­жа­ю­щей среде. Вме­сте с дру­ги­ми мик­ро­ор­га­низ­ма­ми, об­ла­да­ю­щи­ми по­доб­ным уни­каль­ным свой­ством, они со­став­ля­ют класс анаэ­ро­бов. Раз­ли­ча­ют два вида анаэ­ро­бов. Как фа­куль­та­тив­ные, так и об­ли­гат­ные анаэ­роб­ные бак­те­рии можно об­на­ру­жить прак­ти­че­ски во всех об­раз­цах ма­те­ри­а­ла па­то­ло­ги­че­ско­го свой­ства, они со­про­вож­да­ют раз­лич­ные гной­но-вос­па­ли­тель­ные за­бо­ле­ва­ния, могут быть услов­но-па­то­ген­ны­ми и даже ино­гда па­то­ген­ны­ми.

Анаэ­роб­ные мик­ро­ор­га­низ­мы, от­но­ся­щи­е­ся к фа­куль­та­тив­ным, су­ще­ству­ют и раз­мно­жа­ют­ся и в кис­ло­род­ной, и в бес­кис­ло­род­ной среде. Наи­бо­лее ярко вы­ра­жен­ны­ми пред­ста­ви­те­ля­ми этого клас­са яв­ля­ют­ся ки­шеч­ная па­лоч­ка, ши­гел­лы, ста­фи­ло­кок­ки, иер­си­нии, стреп­то­кок­ки и дру­гие бак­те­рии. Об­ли­гат­ные мик­ро­ор­га­низ­мы не могут су­ще­ство­вать в при­сут­ствии сво­бод­но­го кис­ло­ро­да и по­ги­ба­ют от его воз­дей­ствия.