Основными структурами бактериальной клетки являются: клеточная стенка, ЦПМ, цитоплазма с включениями и ядро, называемое нуклеоидом. Бактерии могут иметь и дополнительные структуры: капсулу, микрокапсулу, слизь, жгутики, фимбрии, пили; некоторые бактерии способны образовывать споры.

Клеточная стенка (КС) представляет биогетерополимер сложного химического состава. Состав у разных бактерий не одинаков.

В конце Х1Х в. датским ученым Грамом была предложена дифференциальная окраска, благодаря которой бактерии были разделены на 2 группы, названные грамположительные (Гр+) и грамотрицательными (Гр-). Гр+ бактерии прочно удерживают анилиновые красители и не обесцвечиваются спиртом, вследствие чего они окрашиваются

генцианвиолетом в фиолетовый цвет. Это связано с образованием нерастворимого в спирте комплекса генцианвиолета с йодом. Гр - бактерии после обесцвечивания спиртом докрашиваются водным раствором фуксина в розовый цвет.

Основу клеточной стенки всех бактерий составляет пептидогликан (синонимы: муреин, мукопептид), обеспечивающий ригидность и эластичность КС. Структура пептидогликана представлена параллельными полисахаридными (гликановыми) цепями.

У грамположительных бактерий пептидогликан связан с тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами за счет чего они имеют многослойную структуру. Тейхоевые кислоты являются производными риботола или глицерина и пронизывают пептидогликан насквозь. Тейхоевые кислоты связывают ионы магния и участвуют в транспорте их в клетку.

У грамотрицательных бактерий пептидогликан однослойный и покрыт наружной мембраной с мозаичным строением. Наружная мембрана имеет трехслойную структуру (сходную с ЦПМ). Основным компонентом этих мембран является бимолекулярный (двойной) слой липидов. В состав наружной мембраны входят фосфолипиды, липополисахариды (ЛПС), белки. Наружная мембрана пронизана белками – поринами – своеобразными выводными каналами, которые обеспечивают диффузию химических веществ из внешней среды в микробную клетку.

Особое значение имеет ЛПС, содержащийся в значительном количестве в составе КС грамотрицательных бактерий. ЛПС обладает антигенными и токсическими свойствами, поэтому его часто называют эндотоксином.

У грамотрицательных бактерий между КС и ЦПМ расположено периплазматическое пространство, заполненное гидролитическими ферментами, где происходит расщепление большинства питательных веществ, поступающих в бактериальную клетку.

У граположительных бактерий упомянутые ферменты выделяются в окружающую среду.

Клеточная стенка у бактерий выполняет многочисленные функции:

-придает клетке определенную форму;

-защищает ее от воздействия окружающей среды;

-несет на своей поверхности разнообразные рецепторы;

-через КС в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена.

-пептидогликан придает эластичность и ригидность КС. С ним связаны антигены у Гр(+) бактерий.

Пептидогликан КС является «мишенью» для действия некоторых антибиотиков, главным образом пенициллинов и фермента лизоцима. При действии пенициллина на растущую бактериальную клетку образуются безоболочечные формы бактерий, лишенные КС. Их называют протопластами, сферопластами и L-формами. Первые полностью лишены КС, вторые – частично. Они приобретают сферическую форму вследствие отсутствия пептидогликана.

Бактерии, полностью или частично утратившие КС, но сохранившие способность к размножению, получили название L-форм в честь института им.Листера (Англия). Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки) L- формы этих бактерий морфологически неразличимы и представляют сферические образования. L-формы могут возникать в естественных условиях в организме человека в результате длительного лечения антибиотиками, чаще всего пенициллином.

L-формы бактерий играют существенную роль в патогенезе многих инфекционных заболеваний.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) является жизненно необходимым структурным компонентом бактерий. Располагается под КС. Является трехслойной структурой. Состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками, как бы насквозь пронизывающими структуру мембраны. ЦПМ выполняет жизненно важные функции:

- участвует в регуляции осмотического давления,

- в транспорте веществ,

- в энергетическом метаболизме клетки,

- у ряда бактерий в спорообразовании.

Цитоплазма у прокариот, так же, как и у эукариот, представляет сложную коллоидую систему, состоящую из воды (около 75%), минеральных соединений, белков, нуклеоида, рибосом, мезосом, включений.

Нуклеоид является эквивалентом ядра у эукариот. Он лишен ядерной оболочки, нет белков – гистонов. Содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК.

В цитоплазме могут находиться автономные кольцевые молекулы ДНК с меньшей молекулярной массой – плазмиды, где закодирована наследственная информация. Плазмиды не являются жизненно необходимыми для клетки.

Мезосомы являются производными ЦПМ. Имеют разную форму: пузырьков, трубочек. Мезосомы связаны с нуклеоидом, Участвуют в делении клетки и спорообразовании. Характерны в основном для Гр- бактерий.

Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы размером 20 нм, состоящие из 2-х субединиц. Участвуют в синтезе белков.

Включения являются продуктами метаболизма и используются в качестве запасных питательных веществ. К ним относятся включения гликогена, крахмала, серы, полифосфата (волютина и др). Например, у дифтерийной палочки, включения волютина имеют дифференциально-диагностическое значение.

Дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, слизь, жгутики, фимбрии, пили; некоторые бактерии способны образовывать споры.

Капсулы в зависимости от степени выраженности подразделяют на микро - и макрокапсулы. Микрокапсулы обнаруживаются только при электронно - микроскопическом исследовании в виде микрофибрилл из мукополисахаридов, которые тесно прилегают к КС. Макрокапсулы представляют собой выраженный слизистый слой, снаружи покрывающий КС. Он состоит из полисахаридов и редко из полипептидов (например, у сибиреязвенных бактерий). Макрокапсулу образуют некоторые виды патогенных бактерий при неблагоприятных условиях среды, например, в организме человека или животных (пневмококки и др). У некоторых видов (клебсиеллы пневмонии) макрокапсула обнаруживается постоянно.

Капсула выполняет многообразные функции:

-защитная,

-адгезивная, способствующая прилипанию к поверхности (рецепторам) клетки хозяина,

-связаны патогенные и антигенные свойства.

Жгутики обеспечивают подвижность бактерий. Состоят из белка флагеллина. Прикрепляются к базальному телу (диску), вмонтированному в ЦПМ и КС. Количество и расположение у разных бактерий неодинаково (монотрихи, перитрихи, лофотрихи – пучок жгутиков, амфитрихи – на обоих полюсах клетки).

Пили (синоним ворсинки, фимбрии) – тонкие полые нити белковой природы. В отличие от жгутиков не являются органами движения. По функциональному назначению подразделяются на:

- пили 1 общего типа обуславливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма человека. Адгезия является первоначальной стадией любого инфекционного процесса.

- пили 2 типа (синоним: коньюгативные или половые sex пили. Обеспечиваютперенос генетического материала от донорской клетки к реципиентной.

Споры и спорообразование. Споры бактерий можно рассматривать как форму сохранения наследственной информации бактериальной клетки в неблагоприятных условиях внешней среды. Внутри одной бактерии образуется одна спора. Спорообразование характерно для Гр + бактерий. Спорообразующие аэробные бактерии, у которых размер споры не превышает диаметра клетки, называются бациллами, а спорообразующие анаэробные бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки, принимают форму веретена, называются клостридиями (clostridium –веретено).

Процесс спорообразования начинается с формирования спорогенной зоны внутри бактериальной клетки, представляющей собой уплотненный участок цитоплазмы с расположенным в нем нуклеоидом. Затем происходит образование проспоры путем изолирования спорогенной зоны от остальной части цитоплазмы с помощью врастающей внутрь клетки ЦПМ. Между внутренним и наружными слоями образуется кортекс, состоящий из пептидогликана. В дальнейшем внешняя сторона мембраны покрывается плотной оболочкой, в состав которой входят белки, липиды и другие соединения (дипиколиновая кислота - обеспечивает термоустойчивость).

Споры обладают высокой термоустойчивостью, низким содержанием воды, повышенной концентрацией кальция.

Затем вегетативная часть клетки отмирает, а спора сохраняется во внешней среде годами.