HÌNH THÁI – CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN Người soạn: PGS-TS. Võ Thị Chi Mai MỤC TIÊU Sau khi học xong, sinh viên có khả năng: 1/ Hình dung được vị trí của vi khuẩn trong sinh giới. 2/ Mô tả, vẽ và chú thích đầy đủ sơ đồ cấu tạo vi khuẩn. 3/ Phân biệt vách tế bào vi khuẩn Gram dương và Gram âm. 4/ Liên hệ cấu trúc với chức năng của vách, màng và các thành phần khác. I. PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP Năm 1866, Ernst Haeckel xếp vi sinh vật vào một giới riêng biệt: giới Protista. Hiện nay, R. H. Whittaker đề nghị năm 1969: - Giới tiền hạch (procaryotae): Vi sinh vật quang tổng hợp (Tảo lam - lục) Vi khuẩn (kể cả Rickettsiae và Chlamydiae) - Giới protista: Protozoa Vi tảo (microscopic algae) - Giới nấm (fungi): Nấm mốc (molds) Nấm men (yeasts) Nấm (mushrooms) - Giới thực vật Giới động vật. Carolus Linnaeus, tên vi khuẩn = “tên đôi”. Tên đầu chỉ chi (genus) với chữ cái đầu viết hoa, tên sau là tính từ đặc tả không viết hoa. Cả hai tên xác định loài của một vi khuẩn, chúng được in nghiêng hoặc được gạch dưới. Trong trường hợp không sợ có nhầm lẫn, tên giống có thể được viết tắt bằng một chữ. Ví dụ: Escherichia coli, hoặc Escherichia coli, hoặc E. coli. Khi vi khuẩn của một loài trong một nuôi cấy thuần khác biệt với vi khuẩn cùng loài ở trong nuôi cấy thuần khác thì chúng được xem là một dòng của loài vi khuẩn ấy. Mọi tế bào sống được xếp hoặc tiền hạt (prokaryon) hay chân hạt (eukaryon). Ngoài giới tiền hạt, tế bào các giới khác đều có tính chất chân hạt. Giống nhau giữa hai loại tế bào: được bao bọc bởi màng tế bào; mã hóa thông tin di truyền trong phân tử DNA (desoxyribonucleic acid). Khác nhau giữa hai loại tế bào: tế bào chân hạt có màng nhân bao quanh DNA và chứa những tiểu cơ quan cũng được bọc bởi một hoặc nhiều màng II. KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ CÁCH SẮP XẾP Đường kính hầu hết vi khuẩn từ 0,5m- 2m. Một số xoắn khuẩn có đường kính dài hơn nhiều, thậm chí có vài cyanobacteria dài đến 60m. Quan sát qua kính hiển vi quang học ta thấy vi khuẩn có dạng: * hình cầu: nhóm cầu khuẩn. * hình que: nhóm trực khuẩn. 1 * hình xoắn: nhóm xoắn khuẩn. Cách sắp xếp đặc biệt của vi khuẩn là do chúng phân chia mà không tách rời. Các tế bào tiền hạt phân chia bằng cách nhân đôi. III. THÀNH PHẦN CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN Về mặt cấu trúc, tế bào vi khuẩn gồm những thành phần sau : - Vỏ tế bào, gồm có vách tế bào (thành, wall), và màng tế bào. Nhiều vi khuẩn còn có lớp S (nhớt, slime) bên ngòai vỏ. - Tế bào chất chứa ribô thể, vùng nhân, những hạt và/hoặc những túi. - Những cấu trúc phụ bên ngoài như nang (capsule), tiên mao (flagella) và tua (pili). III.1. VÁCH TẾ BÀO (CELL WALL) Vách bao quanh màng tế bào. Khi vi khuẩn phân chia, vách là khuôn mẫu tổng hợp vách mới cho tế bào con. Chức năng vách: (1) gìn giữ hình dạng đặc trưng; (2) che chở tế bào khỏi vỡ ra do hiện tượng thẩm thấu. III.1.1.CẤU TẠO VÁCH Peptidoglycan (murein): sườn glycan cấu tạo bởi N-acetylglucosamine (gluNAc) xen kẽ Nacetylmuramic acid (murNAc); gắn vào murNAc là một nhánh tetrapeptide; cầu nối chéo pentapeptide nối các nhánh bên. 1884, Hans Christian Gram. (1) Gram dương, là nhóm vi khuẩn có vách giữ được phẩm nhuộm crystal violet; (2) Gram âm, nhóm có vách không giữ được crystal violet; (3) nhóm không phản ứng với phẩm nhuộm Gram; (4) nhóm bắt màu Gram thay đổi. Khung sườn giống nhau ở tất cả các loài vi khuẩn, nhánh bên và cầu nối chéo thay đổi khác nhau giữa các loài. Vi khuẩn có hình dạng riêng của chúng tùy theo từng loài và tùy theo cấu trúc vách tế bào của chúng. III.1.2.VÁCH TẾ BÀO VI KHUẨN GRAM DƯƠNG Peptidoglycan: Vi khuẩn Gram dương có khoảng 40 lớp peptidoglycan chiếm 60-90% vật liệu cấu tạo vách, dày 20-80nm. Teichoic: Hầu hết các tế bào Gram dương đều chứa một lượng đáng kể acid teichoic. Kháng nguyên bề mặt. Có 2 loại acid teichoic: acid teichoic vách liên kết đồng hóa trị với peptidoglycan, và acid teichoic màng (còn gọi là acid lipoteichoic) liên kết đồng hóa trị với glycolipid màng. Khi thiếu phosphate, acid teichuronic được tổng hợp thay cho các acid teichoic. Polysaccharide: các loại đường trung tính và đường acid. √ III.1.3.VÁCH TẾ BÀO VI KHUẨN GRAM ÂM Trong cùng là lớp peptidoglycan, chỉ chiếm khoảng 5-20% vách. Bên ngoài là màng ngoài. Không có acid teichoic hay lipoteichoic. Màng ngoài: Màng ngoài có cấu trúc kép: lớp lá trong giống như màng tế bào, lớp lá ngoài chủ yếu là lipopolysaccharide (LPS). - Lipopolysaccharide (LPS): Cấu tạo LPS của vách tế bào Gram âm gồm ba vùng: lipid A ở trong cùng, một lõi polysaccharide, và một loạt các đơn vị lặp lại ở phía ngòai. LPS gắn vào màng ngoài bằng những cầu nối kỵ nước. Nó được tổng hợp trên màng tế bào rồi được vận chuyển ra ngoài. Sự hiện diện của LPS cần thiết cho họat động của các protein màng ngoài. Lipid A ở trong cùng. Acid -hydroxymyristic. Độc tính. 2 Lõi polysaccharide giống nhau ở tất cả tế bào vi khuẩn Gram âm có LPS. Các đơn vị lặp lại: kháng nguyên O. Phân tử LPS tích điện âm; chúng có tác dụng ổn định màng và làm rào chắn ngăn cản các phân tử kỵ nước. Proteins màng ngoài, porins, lipoprotein. Khoảng gian màng: hệ thống vận chuyển, enzymes thủy giải, oligosaccharide. III.1.4.SỰ MẤT VÁCH VÀ DẠNG L Gram dương: protoplast. Gram âm: spheroplast (còn màng ngòai). Nếu hai dạng này có thể tăng trưởng và phân chia thì chúng được gọi là dạng L. Dạng L tự phát hay thực nghiệm cũng đều đưa tới hiện tượng nhiễm khuẩn tiềm ẩn và mạn tính cho cơ thể ký chủ. III.2. MÀNG TẾ BÀO (CELL MEMBRANE) Màng tế bào là một tổ chức động, biến đổi không ngừng. III.2.1.CẤU TẠO MÀNG TẾ BÀO Màng chứa chủ yếu phospholipid và protein, hợp thành cấu trúc kiểu khảm. Phospholipid màng: cấu tạo thành hai lớp. Ở mỗi lớp, đuôi phosphate của phân tử lipid giơ ra về phía bề mặt màng, đuôi acid béo duỗi vào trong. Đuôi phosphate mang điện tích nên có thể tương tác với môi trường nước. Đuôi acid béo chứa chuỗi hydrocarbon không mang điện tích thì có tính kỵ nước. Protein: nằm rải trong phân tử lipid. Chất vận chuyển. Enzymes. Màng tế bào có những cuộn lõm vào bên trong màng gọi là các mesosome. III.2.2.CHỨC NĂNG MÀNG TẾ BÀO Chức năng chính: điều tiết sự vận chuyển các chất đi vào và thoát ra khỏi tế bào; tổng hợp thành phần của vách; hỗ trợ sao chép DNA; chế tiết protein; tham dự quá trình hô hấp; và thu giữ năng lượng trong ATP. Sự ngọai tiết các enzyme thủy giải và các protein sinh bệnh: Vi khuẩn Gram dương tiết enzyme trực tiếp ra môi trường ngoài; vi khuẩn Gram âm tiết enzyme ra khoảng gian màng. Có 6 hệ thống chế tiết protein được mô tả ở vi khuẩn Gram âm. III.2.3.NHỮNG CHẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÀNG TẾ BÀO VI KHUẨN  chất tẩy (detergent) có 2 nhóm ưa nước và ưa lipid sẽ làm hư hỏng màng tế bào và gây chết tế bào.  kháng sinh nhóm polymyxin có cấu trúc giống chất tẩy gây hại cho loại màng chứa phosphatidylethanolamine là thành phần chính.  một số kháng sinh có tác dụng ngăn cản sự sinh tổng hợp màng như nalidixic acid, phenylethyl alcohol, và novobiocin ngăn sự tổng hợp DNA và teichoic acid.  các hợp chất mang ion (ionophore) giúp các cation khuếch tán nhanh qua màng. III.3. TẾ BÀO CHẤT (CYTOPLASM) Bốn phần năm tế bào chất là nước và một phần năm là các chất hòa tan hay lơ lửng trong nứơc: các enzyme và các protein khác, carbohydrate, lipid và ion vô cơ. Có enzyme cytochrome gắn vào màng tế bào. RIBÔ THỂ Hạt nhỏ khoảng 20 nm, gồm ribonucleic acid (RNA) và protein. Hai tiểu đơn vị là 50S và 30S Tổng hợp protein cho tế bào. 3 ẨN THỂ (INCLUSIONS) Hạt mang sắc (chromatophore), hạt tế bào chất (cytoplasmic granules). Túi hay không bào (vacuole). III.4. VÙNG NHÂN (NUCLEOID) Gồm chủ yếu là DNA, một ít RNA và protein. Nhiễm sắc thể gồm một phân tử DNA khép vòng kín. Vi khuẩn còn có phân tử DNA vòng nhỏ hơn hay thẳng gọi là plasmid. Di truyền những đặc tính của loại vi khuẩn cho thế hệ sau. III.5. THÀNH PHẦN CẤU TẠO PHỤ III.5.1.TIÊN MAO (FLAGELLA): Trừ xoắn khuẩn bộ Spirochaetales, vi khuẩn di động được nhờ tiêm mao. Cấu tạo bởi bó sợi protein đàn hồi (flagellin): kháng nguyên H. Vùng gốc gắn vào màng tế bào. Rễ (basal body), bộ đĩa. III.5.2.TUA (FIMBRIAE, PILI): Cấu tạo bởi những tiểu đơn vị pilin. Tua thường (fimbria) ngắn hơn, có nhiệm vụ gắn kết vào bề mặt tế bào ký chủ, kháng nguyên chiếm cư (colonization antigen). Tua phái tính (F pili) dài hơn, bắc cầu cho hai vi khuẩn tiếp hợp, và cũng là điểm tiếp nhận chuyên biệt bacteriophage. III.5.3.GLYCOCALYX Nang (capsule): Nhiệm vụ của nang là che chở vi khuẩn tránh khỏi hiện tượng thực bào và sự tấn công của bacteriophage. Lớp nhớt (slime layer): Bảo vệ tế bào khỏi bị khô, giúp bắt chất dinh dưỡng gần tế bào. IV. NHA BÀO (spore) Cấu tạo: Lõi (core) Vách (màng lõi, spore wall) Vỏ (cortex) Ao ngòai (coat) Thể ngọai bào tử (exosporium) Tính chất: Giúp vi khuẩn sống sót. Đề kháng với nhiệt, sự khô, hóa chất. Tồn tại rất lâu. 4  ...* hình xoắn: nhóm xoắn khuẩn Cách xếp đặc biệt vi khuẩn chúng phân chia mà không tách rời Các tế bào tiền hạt phân chia cách nhân đôi III THÀNH PHẦN CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN Về mặt cấu trúc, tế. .. KHUẨN Về mặt cấu trúc, tế bào vi khuẩn gồm thành phần sau : - Vỏ tế bào, gồm có vách tế bào (thành, wall), màng tế bào Nhiều vi khuẩn có lớp S (nhớt, slime) bên ngòai vỏ - Tế bào chất chứa ribô thể,... sườn giống tất loài vi khuẩn, nhánh bên cầu nối chéo thay đổi khác loài Vi khuẩn có hình dạng riêng chúng tùy theo loài tùy theo cấu trúc vách tế bào chúng III.1.2.VÁCH TẾ BÀO VI KHUẨN GRAM DƯƠNG