Totes les espècies de bacteris tenen una sèrie d’estructures o d’elements obligats, entre els quals s’inclou el nucli o nucli bacterià; el citoplasma o substància que envolta el nucli; la membrana cito-plasmàtica que envolta i delimita el citoplasma i la paret cel·lular.
El nucli bacterià es compon fonamentalment d’una gran molècula d’ADN, per bé que també conté diverses molècules d’ARN i proteïnes. La característica més destacada del nucli bacterià és que, a diferència del nucli de les cèl·lules eucariotes, no és delimitat per una membrana nuclear.
La molècula d’ADN bacterià nuclear és un filament molt allargat i prim, de fins un mil·límetre de llarg, que es troba enrotllat sobre si mateix tot formant un cabdell. Com en les cèl·lules eucariotes, la molècula d’ADN nuclear es compon de dues cadenes de nucleòtids, que es disposen paral·lelament tot formant una estructura helicoidal. En l’ADN cel·lular s’emmagatzema la informació genètica del bacteri, és a dir, la que regeix el metabolisme cel·lular i el mecanisme reproductiu dels bacteris, i que es transmet a les cèl·lules filles.
El citoplasma bacterià és una substància gelatinosa, formada en un 85% per aigua, delimitada per la membrana citoplasmàtica per fora, i que entre altres elements conté el nucli bacterià.
El citoplasma bacterià conté, bàsicament, dos tipus d’estructures: els ribosomes i les anomenades inclusions citoplasmàtiques. Els ribosomes són les estructures encarregades d’elaborar les proteïnes que el bacteri empra en el seu metabolisme. Les inclusions citoplasmàtiques comprenen les anomenades vacuoles, acumulacions de líquids o gasos que es formen particularment en els bacteris envellits, i unes granulacions sòlides, que, essent la reserva energètica dels bacteris, emmagatzemen fosfats, elements proteics, hidrats de carboni i lípids.
La característica principal que diferencia el citoplasma de les cèl·lules eucariotes del citoplasma bacterià, propi de les cèl·lules procariotes, és que aquest no té ni mitocòndries ni cloroplasts. Les mitocòndries són els microòrgans en què es fabrica el ATP, un compost de fòsfor que proporciona bona part de l’energia cel·lular. Els cloroplasts són els microòrgans on es produeix la fotosíntesi en els organismes vegetals.
Nombroses espècies de bacteris tenen un nombre variable de molècules d’ADN disperses en el citoplasma, fora del nucli cel·lular. Aquestes molècules formen unes estructures bicatenàries anomenades plasmidis. Els plasmidis contenen una informació genètica que no és essencial per al bacteri, per bé que contribueix a la seva supervivència i adaptació al medi. Així, per exemple, alguns tipus de plasmidi orienten el metabolisme bacterià envers l’elaboració de toxines o substàncies tòxiques per als organismes en què el bacteri s’estableix; d’altres indueixen a la síntesi d’elements que fan els bacteris resistents als efectes de determinats tipus d’antibiòtics; o encara d’altres determinen l’elaboració de substàncies que poden ésser letals per a diversos microorganismes.
Els plasmidis, com la molècula d’ADN nuclear dels bacteris, tenen la capacitat de replicar-se ells mateixos, és a dir, d’induir a l’elaboració de molècules d’ADN idèntiques, que es transmeten des del bacteri mare a la descendència. Tanmateix, però, una característica molt peculiar dels plasmidis és que es poden integrar en o recombinar amb l’ADN nuclear dels bacteris, de manera que es modifica el codi genètic essencial. Igualment, alguns plasmidis es poden traslladar d’un bacteri a l’altre, simplement pel contacte de les superfícies de tots dos; així s’altera, per tant, la informació genètica del bacteri que ha rebut el plasmidi.
La membrana citoplasmàtica dels bacteris, que constitueix entre un 20% i un 30% del total del seu pes, és una estructura, formada bàsicament per proteïnes i fosfolípids, que envolta el citoplasma i el separa de la paret cel·lular. A més, la membrana citoplasmàtica bacteriana té abundants quantitats de ribosomes.
La membrana citoplasmàtica bacteriana exerceix una funció de barrera, que aïlla i protegeix les estructures citoplasmàtiques i el nucli bacterià. D’una banda, aquesta membrana actua com a barrera osmòtica: impedeix que diversos elements la travessin per osmosi (quan aquests elements es troben en concentracions més elevades en un costat que en l’altre); si això passés, es trencaria l’equilibri intern del bacteri i podria col·lapsar-se o esclatar. D’altra banda, aquesta membrana compleix una funció de barrera activa que permet el pas cap a un costat o l’altre solament de determinats elements que el bacteri ha d’incorporar o eliminar. A més, els ribosomes de la membrana citoplasmàtica participen en l’elaboració d’elements constituents de la paret cel·lular.
En uns punts determinats, la membrana citoplasmàtica bacteriana s’invagina, és a dir que es projecta cap a l’interior de la cèl·lula tot formant uns envans intracel·lulars que s’anomenen mesosomes. Els mesosomes poden ésser centrals, quan divideixen la cèl·lula més o menys per la meitat, o bé laterals, quan es disposen paral·lels i propers a la membrana citoplasmàtica. Els mesosomes centrals constitueixen l’estructura inicial a partir de la qual els bacteris es divideixen o es multipliquen. Els mesosomes laterals, rics en enzims o proteïnes que orienten les reaccions químiques, tenen, pel que sembla, una funció similar a la de les mitocòndries en les cèl·lules eucariotes, és a dir, proporcionen energia al medi intracel·lular.
La paret cel·lular és un recobriment rígid que envolta i separa la membrana citoplasmàtica del medi extern i actua com a esquelet extern del bacteri.
La paret cel·lular és considerada un element obligat en els bacteris, i de fet constitueix un dels elements característics de la cèl·lula procariota. Això no obstant, certs tipus especials de bacteris, com els anomenats micoplasmes, no tenen paret cel·lular.
El component més important de la paret cel·lular és un element anomenat peptoglicà, que es compon de sucres i aminoàcids fermament enllaçats entre ells. Les molècules de peptoglicà formen llargues cadenes disposades paral·lelament, que es mantenen unides entre elles a través de nombrosos ponts o enllaços compostos d’aminoàcids. La microxarxa formada per les cadenes de peptoglicà i els ponts d’aminoàcids confereix a la paret cel·lular la rigidesa que la caracteritza.
A part el peptoglicà, la paret cel·lular té altres elements, com ara proteïnes, lípids o hidrats de carboni, la concentració i la importància dels quals depèn de l’espècie a la qual pertanyen.
La funció principal de la paret cel·lular és mantenir constant la forma i el volum del bacteri, i evitar que aquest es destrueixi per un augment de la pressió externa o interna. D’altra banda, la paret cel·lular es comporta com un filtre, ja que té porus diminuts, d’1 nm a 10 nm de diàmetre, que permeten el pas, en un sentit i en l’altre, d’aigua, minerals i petites molècules, però no de molècules grosses. La paret cel·lular participa igualment en la reproducció dels bacteris, ja que, quan es produeix la divisió cel·lular, es projecta cap a l’interior de la cèl·lula, al llarg del mesosoma central.