Цитоплазматическая мембрана

Функции цпм бактерий

Функции цитоплазматической мембраны прокариот разнообразны и жизненно важны для клетки:

содержит ферменты, катализирующие конечные этапы синтеза мембранных липидов, компонентов клеточной стенки и некоторых других веществ, участвует в синтезе компонентов клеточной стенки;

играет важную роль в превращениях клеточной энергии. У бакте рий, источником энергии для которых служат процессы дыхания или фо тосинтеза, в цитоплазматической мембране расположены переносчики це пи электронного транспорта, функционирование которых приводит к гене рированию энергии, используемой затем в клетке по разным каналам, в том числе и для образования энергии в форме АТФ. Содержит значит ель ное количество ферментов, системы переноса электронов и является ме стом генерации энергии у бактерий;

обеспечивает избирательное поступление в клетку и выход из нее разнообразных веществ и ионов. Осуществляется это с использованием разных механизмов мембранного транспорта. Выделяют 4 типа транспорт ных систем, с участием которых происходит проникновение молекул в бактериальную клетку: пассивную диффузию, облегченную диффузию, ак тивный транспорт и перенос химически модифицированных молекул (транслокация групп);

участвует в регуляции роста и клеточного деления;

участвует в регуляции процессов репликации и сегрегации хромо сом и плазмид (они связаны с ее рецепторами);

с ней связаны жгутики и аппарат регуляции их движения;

участвует в компартментализации и стабилизации рибосом;

участвует в образовании мезосом (участки инвагинации в цито плазму, они открыты в периплазматическое пространство).

Структура, химический состав и функции компонентов прокариотной клетки

Лекция 4

Клетка прокариот обладает рядом принципиальных особенностей, касающихся как ее ультраструктурной, так и химической организации (рис. 4). Структуры, расположенные снаружи от ЦПМ (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки), называют обычно поверхностными структурами. Термином «клеточная оболочка» часто обозначают все слои, располагающиеся с внешней стороны от ЦПМ (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол). ЦПМ вместе с цитоплазмой называется протопластом. Рассмотрим сначала строение, химический состав и функции поверхностных клеточных структур.

Бактериальная (прокариотная) клетка состоит из цитоплазмы, внутренних цитоплазматических элементов: нуклеоида, мезосом, рибосом, аэросом, тилакоидов (у фотосинтезирующих бактерий), различных включений и окружена клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной; на внешней стороне клеточной стенки могут располагаться поверхностные структуры : слизистая капсула, жгутики и ворсинки.

Цитоплазма — это внутреннее содержимое клетки, окруженное цитоплазматической мембраной (ЦПМ). Цитоплазма – сложная, непостоянная по своему химическому составу коллоидная система. В ее состав входят вода, белки, ферменты, дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты (ДНК и РНК), углеводы, липиды, минеральные соединения и другие вещества. Она обладает высокой плотностью и пронизана мембранными структурами.

Рис. 4. Комбинированное изображение прокариотной клетки. А — поверхностные клеточные структуры и внеклеточные образования: 1 — клеточная стенка; 2 — капсула; 3 — слизистые выделения; 4 — чехол; 5 — жгутики; 6 — ворсинки; Б — цитоплазматические клеточные структуры: 7 — ЦПМ; 8 — нуклеоид; 9 — рибосомы; 10 — цитоплазма; 11 — хроматофоры; 12 — хлоросомы; 13 — пластинчатые тилакоиды; 14 — фикобилисомы; 15 — трубчатые тилакоиды; 16 — мезосома; 17 — аэросомы (газовые вакуоли); 18 — ламеллярные структуры; В — запасные вещества: 19 — полисахаридные гранулы; 20 — гранулы поли-b-оксимасляной кислоты; 21 — гранулы полифосфата; 22 — цианофициновые гранулы; 23 — карбоксисомы (полиэдральные тела); 24 — включения серы; 25 — жировые капли; 26 — углеводородные гранулы (по Schlegel, 1972)

Рибосомы — округлые гранулы диаметром 15—20 нм, состоят из белка (40 %) и РНК (60%). Количество их в клетке может быть 5-50000. Они свободно размещаются в цитоплазме или прикрепляются к ЦПМ. В агрегатах рибосом (полирибосомах) происходит синтез белка.

Читайте также:  Нарушения менструального цикла в репродуктивном периоде Подзолкова Медицинский Совет

Нуклеоид (ядерный аппарат) представляет собой компактное образование, которое располагается в определенном месте цитоплазмы, но не отграничено от нее ядерной мембраной. Нуклеоид состоит из двойной спирали ДНК длиной около 1,4 мм, имеющей форму замкнутого кольца (бактериальная хромосома). В нуклеоиде сосредоточена почти вся генетическая информация клетки. Он является основным носителем наследственных признаков и ответствен за передачу этих признаков потомству. Делению клетки всегда предшествует удвоение и деление ДНК

Цитоплазматические включения в бактериальной клетке могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Некоторые из них являются резервными питательными веществами, другие — продуктами клеточного обмена, откладывающимися в цитоплазме, третьи носят приспособительный характер в жизни прокариотных микроорганизмов.

Клеточная стенка является обязательным структурным элементом бактерий (исключение составляют микоплазмы и некоторые внутриклеточные паразиты растений и животных). Толщина ее составляет в среднем от 0,01 до 0,05 мкм, масса — от 5 до 50 % сухих веществ (СВ) клетки. Клеточная стенка определяет и поддерживает форму бактерий. Она обладает большой прочностью, упругостью, защищает клетку от вредных воздействий внешней среды, принимает участие в обмене веществ.

Химический состав и строение стенок прокариотных клеток существенно отличаются от эукариотных клеток. В состав бактериальных стенок входят специфические полимерные комплексы, например пептидогликаны, отсутствующие в клетках других организмов.

Структура и химический состав клеточной стенки бактерий являются видовым признаком. Считают, что клеточная стенка определяет такой диагностический признак, как способность бактерий окрашиваться по Граму. По этому признаку все бактерии разделяются на грамположительные и грамотрицательные. К грамположительным относятся бактерии, в клетках которых после окрашивания и обработки спиртом в цитоплазме удерживается комплекс красителей – генцианового фиолетового (или кристаллического фиолетового) и йода. Бактерии, не обладающие свойством удерживать данный комплекс и обесцвечивающиеся при обработке спиртом, относятся к грамотрицательным. При дополнительной окраске мазков фуксином клетки окрашиваются в красный или розовый цвет.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) — обязательный структурный элемент любой клетки. Она примыкает с внутренней стороны к клеточной стенке. Мембрана чаще трехслойная. Толщина ЦПМ — от 0,007 до 0,01 мкм, масса — 8-15 % сухого вещества клетки. По химическому составу ЦПМ является белково-липидным комплексом. Липиды представлены фосфолипидами и нейтральными жирами. Белки ЦПМ разделяются на структурные и ферментативные. ЦПМ выполняет функцию разделительной перегородки, через которую с помощью ферментов — пермеаз осуществляется активный двусторонний перенос органических и неорганических веществ, необходимых для жизнедеятельности клетки. На поверхности ЦПМ располагаются ферментные системы, катализирующие процессы синтеза белков, полисахаридов, токсинов, веществ клеточной стенки и капсулы. У многих бактерий в ЦПМ находятся ферменты, участвующие в энергетическом обмене и синтезе аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). ЦПМ регулирует осмотическое давление в клетке.

Скорости роста ЦПМ и клеточной стенки различны, вследствие чего на ЦПМ образуются за счет впячиваний (инвагинаций) мембранные структуры, которые у гетеротрофных бактерий называются мезосомами, у фототрофных —тилакоидами, или хроматофорами. Мезосомы располагаются в зоне деления клетки и формирования клеточной перегородки и играют важную роль в процессе размножения бактерий. У грамположительных бактерий мезосом много и они хорошо развиты, у грамотрицательных их значительно меньше. Тилакоиды фототрофных прокариотов являются местом нахождения фотосинтезирующих пигментов (хлорофилла и каротиноидов), ферментов и других компонентов, участвующих в фотосинтезе.

Капсула и слизистые слои покрывают внешнюю сторону клеточной стенки многих бактерий. Капсула содержит до 98% воды. Сухие вещества капсулы состоят из полисахаридов и полипептидов. Химический состав капсулы зависит от состава среды, в которой находятся бактерии. Слизистый слой с четко выраженными границами называется капсулой. В зависимости от толщины этого слоя различают макрокапсулы (толщина более 0,2 мкм) и микрокапсулы (меньше 0,2 мкм) . Если слизистый слой не имеет четких границ, легко отделяется от оболочки, его называют слизистым чехлом. Капсульное вещество предохраняет клетки от высыхания, механического повреждения, действия фагов. У некоторых бактерий слизистое вещество способствует движению.

Читайте также:  Антихолестериновая диета особенности, принципы и меню на каждый день

Жгутики представляют собой тонкие выросты цитоплазмы, имеющие различную длину и форму: волнистую, спиралевидную, изогнутую.

Реснички (фимбрии) — короткие, жесткие, нитевидные белковые выросты, покрывающие поверхность тела бактерий кишечной группы. Их количество может достигать нескольких тысяч. Длина ресничек от 0,3 до 1 мкм, толщина 0,005—0,010 мкм. С их помощью бактерии прикрепляются к субстрату, друг к другу, образуя пленки, агрегаты. Кроме того, через реснички происходит передача генетического материала при спаривании (фимбрии-пили).

Среди бактерий есть неподвижные и способные к активному движению формы. Кокки, как правило, неподвижны. Палочковидные и нитчатые формы бывают подвижными и неподвижными. Извитые и спиралевидные бактерии подвижны. Подвижность бактерий выражается в ползании их по опорной поверхности и плавании в жидкой среде. Скорость и характер передвижения бактерий зависят от числа и расположения жгутиков.

Количество жгутиков и их локализация являются диагностическим признаком. По расположению жгутиков бактерии подразделяются на монотрихи – бактерии с одним жгутиком на конце (вибрионы) или сбоку тела; лофотрихи – бактерии с пучком жгутиков на одном конце (псевдомонады); амфитрихи– с пучком жгутиков на двух концах (спириллы), перитрихи– бактерии с большим количеством жгутиков, расположенных по всей поверхности клетки (энтеробактерии, протей, маслянокислые бациллы и др.). Длина жгутиков колеблется от 6 до 20 мкм, но может в десятки раз превышать длину клетки. Толщина жгутиков очень мала (0,01—0,02 мкм). Видны жгутики в световом микроскопе только после специальной окраски.

В среднем за секунду большинство бактерий проходят расстояние, равное средним размерам клетки. Однако в благоприятных условиях за то же время некоторые бактерии могут преодолевать расстояния, в 20-50 раз превышающие длину тела. Неблагоприятные условия (старение, неоптимальная температура, механические воздействия, наличие токсичных веществ и т. д.) приводят к потере жгутиков и подвижности.

Характер движения бактерий может быть различным: жгутики могут проталкивать клетку через жидкую среду (тип корабельного винта) или тянуть за собой (тип пропеллера самолета).

Биология и медицина

ЦПМ (цитоплазматическая мембрана) прокариот: функции

ЦПМ (цитоплазматическая мембрана) прокариот выполняет разнообразные функции, в основном обеспечиваемые локализованными в ней соответствующими ферментными белками. Первоначально была постулирована барьерная функция клеточной мембраны, получившая позднее экспериментальное подтверждение. С помощью специальных переносчиков, называемых транслоказами, через мембрану осуществляется избирательный перенос различных органических и неорганических молекул и ионов. В ней локализованы ферменты, катализирующие конечные этапы синтеза мембранных липидов, компонентов клеточной стенки и некоторых других веществ.

Общепризнана роль ЦПМ прокариот в превращениях клеточной энергии. У бактерий, источником энергии для которых служат процессы дыхания или фотосинтеза , в ЦПМ определенным образом расположены переносчики цепи электронного транспорта, функционирование которых приводит к генерированию электрохимической энергии (дельта мю H+), используемой затем в клетке по разным каналам, в том числе и для образования химической энергии ( АТФ ). ЦПМ является одним из компонентов аппарата генерирования дельта мю H+. В мембране расположены также ферментные комплексы, обеспечивающие превращения дельта мю H+ в АТФ и обратно.

Читайте также:  Простасабаль отзывы, инструкция, цена, аналоги

ЦПМ принимает участие в репликации и последующем разделении хромосомы прокариотной клетки.

В последнее время выявляется еще одна функциональная грань клеточных мембран — их интегрирующая роль в организме, вполне сочетающаяся с давно установленной разъединяющей (барьерной) функцией. Клетка — единое целое. В обеспечении этого принципа клеточной организации важная роль принадлежит мембранам. Показан перенос электрохимической энергии и электронов вдоль мембран. Последние рассматриваются так же как возможные пути транспорта жирорастворимых субстратов и молекулярного кислорода.

ЦПМ является основным барьером, обеспечивающим избирательное поступление в клетку и выход из нее разнообразных веществ и ионов. (У грамположительных форм ЦПМ является и единственным барьером такого рода, у грамотрицательных эубактерий функции дополнительного барьера (молекулярного «сита») выполняет наружная мембрана клеточной стенки, через которую молекулы транспортируются только по механизму пассивной диффузии). Осуществляется это с использованием разных механизмов мембранного транспорта.

Выделяют 4 типа транспортных систем, с участием которых происходит проникновение молекул в бактериальную клетку: пассивную диффузию, облегченную диффузию, активный транспорт и перенос химически модифицированных молекул.

Молекулы воды, некоторых газов (например, О2, Н2, N2) и углеводородов, концентрации которых во внешней среде выше, чем в клетке, проходят через ЦПМ внутрь клетки посредством пассивной диффузии. Движущей силой этого процесса служит градиент концентрации вещества по обе стороны мембраны. Основным соединением, поступающим в клетку и покидающим ее таким путем, является вода. Движение воды через мембрану, подчиняющееся законам пассивной диффузии, привело к выводу о существовании в мембране пор. Эти поры пока не удалось увидеть в электронный микроскоп, но некоторые данные о них были получены косвенными методами. Расчетным путем установлено, что поры должны быть очень мелкими и занимать небольшую часть поверхности ЦПМ. Высказывается предположение, что они не являются стабильными структурными образованиями, а возникают в результате временных перестроек молекулярной организации мембраны.

Большинство (если не все) гидрофильных веществ поступает в клетку за счет функционирования систем, в состав которых входят специальные переносчики (транслоказы, или пермеазы), так как скорость физической диффузии этих веществ через гидрофобный слой мембраны очень невелика. Переносчики — вещества белковой природы, локализованные в мембране и характеризующиеся высокой субстратной специфичностью, — связываясь с субстратом, подвергаются конформационным изменениям и вследствие этого приобретают способность к перемещению субстрата с одной стороны ЦПМ на другую.

Известен механизм транспорта, получивший название облегченной диффузии, требующий для переноса веществ через мембрану участия транслоказ. Перенос веществ в этом случае происходит по градиенту их концентрации и не требует энергетических затрат. Этот механизм транспорта не получил широкого распространения у прокариот. Основным механизмом избирательного переноса веществ через ЦПМ прокариот является активный транспорт, позволяющий «накачивать» в клетку молекулы и ионы против их концентрационных и электрических градиентов. Этот процесс, так же как и облегченная диффузия, протекает при участии локализованных в ЦПМ переносчиков белковой природы с высокой специфичностью к субстрату, но в отличие от облегченной диффузии для движения против электрохимического градиента требует затрат метаболической энергии. Транспорт такого рода должен быть поэтому сопряжен с реакциями, продуцирующими энергию в химической или электрохимической форме.

Во всех описанных выше путях переноса веществ через ЦПМ они поступают в клетку в химически неизмененном виде. У прокариот известны системы транспорта, с помощью которых осуществляется поступление в клетку ряда сахаров , при этом процесс их переноса через мембрану сопровождается химической модификацией молекул. Так происходит, например, поступление в клетки многих прокариот молекул глюкозы , в процессе которого они фосфорилируются.

Ссылка на основную публикацию
Цистит у беременных женщин симптомы и лечение на ранних сроках
Чем опасен цистит при вынашивании ребенка Цистит (код по МКБ 10 –N 30) – это заболевание, которое характеризуется возникновением и...
Цинковая мазь инструкция по применению показания, противопоказания, побочное действие – описание Zin
Цинковая мазь: от чего помогает, инструкция по применению, цена в аптеке, отзывы, показания, состав Не все знают для чего применяется...
Цинковая мазь от ячменя на глазу
Чем и как мазать ячмень на глазу? 12 лучших мазей Ячменем называется гнойное воспаление фолликул ресничек глаза или сальной железы,...
Цистит у женщин симптомы, лечение, профилактика в домашних условиях
Причины появления цистита с кровью Цистит геморрагический – заболевание, характеризующееся присутствием кровяных телец в моче. Цистит с кровью сопровождается острой...
Adblock detector