Цитоплазматическая мембрана - МИКРОБИОЛОГИЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Цитоплазматическая мембрана — МИКРОБИОЛОГИЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Мембрана бактерии: строение, особенности, функционал

Несмотря на то, что между прокариотами и эукариотами существует много фундаментальных различий, есть ряд признаков, по которым эти две разные биосистемы очень схожи между собой. Общее для ядерных клеточных единиц и доядерных организмов – наличие белкового барьера между внутренней средой клетки и внешним пространством, в котором клетка существует. Есть гипотеза, что формирование в процессе эволюции клеточной мембраны у бактерии, как у первого живого организма, – одно из важнейших изобретений природы, в результате которого стало возможным дальнейшее усложнение внутриклеточных процессов.

Основные функции

В бактериальной клетке, как в живом самостоятельном организме, протекают все процессы, связанные с обеспечением клеточных структур энергией и питательными веществами.

Кроме того, любое действие по переработке органики (питание) сопровождается формированием и накоплением отходов, которые необходимо выводить за пределы организма.

Решение этих трех важных задач возложено на цитоплазматическую мембрану у бактерий:

  1. Доставка в клеточную среду из внешней среды соединений, обеспечивающих общий метаболизм в организме бактерии (дыхание).
  2. Снабжение бактериальной клетки питательными веществами для извлечения жизнеобеспечивающей энергии.
  3. Вывод отходов во внешнюю же среду.

Не менее важными функциями мембранной конструкции являются:

  • обеспечение постоянного состава внутриклеточного пространства;
  • крепление жгутиков;
  • синтез веществ, необходимых для построения клеточной стенки.

Удивительным является тот факт, что, несмотря на важность и сложность тех функций, которые должна выполнять цитоплазматическая мембрана, ее строение нельзя назвать громоздким или замысловатым. Природа нашла изящное решение, чтобы, использовав минимальный ресурс, создать простую и эффективную систему естественной защиты бактериальной клетки и двустороннего транспорта веществ внутрь и наружу.

Строение

Независимо от того, что ЦПМ (цитоплазматическая мембрана) в любой бактериальной клетке выполняет одни и те же функции, ее строение все же может иметь ряд отличий, в зависимости от группы прокариотов, которые исследуются в каждом конкретном случае.

Структурные отличия имеются между строением плазматической мембраны грамотрицательных бактерий и грамположительных.

Здесь есть необходимость уточнить, что иногда вносится путаница в определение цитоплазматической мембраны и клеточной стенки бактерии.

Клеточная стенка – отдельная структура бактериальной клетки, которая не определяется как часть ЦПМ, а имеет свое обособленное строение, в основе которого – белковые структуры муреина.

Именно эти структуры, в случае выявления грамотрицательных микроорганизмов, не реагируют на окраску по Граму, что позволяет провести первоначальную идентификацию бактерий.

Поэтому, говоря о грамотрицательных прокариотах, нужно понимать, что в данном случае исследуется не ЦПМ, а клеточная стенка, хотя эти клеточные структуры и находятся друг с другом в непосредственной близости.

Второе важное отличие строения ЦПМ грамотрицательных бактерий – наличие наружной мембраны.

Если взять за основу исследование мембранных конструкций у грамположительных прокариотов, то мембрана у этих бактерий состоит из:

  1. Двух слоев липидов. Липиды – органические жироподобные вещества, которые характеризуются разной степенью водонепроницаемости (гидрофобностью).
  2. В эти два липидных слоя в буквальном смысле вмонтированы белковые молекулы, которые и отвечают за сообщение между внутренним и наружным пространством бактериальной клетки.

Если у грамположительных бактерий есть только одна ЦПМ, то у грамотрицательных прокариот их две.

Внешний слой такой клетки состоит из:

  • самой ЦПМ, которая соприкасается с цитоплазмой;
  • клеточной стенки, которая состоит из муреина;
  • наружной мембраны, которая имеет такую же бисистему липидов с белковыми комплексами.

Сообщение грамотрицательных бактериальных клеток с внешним миром через такую трехступенчатую структуру не дает преимущества этим микроорганизмам на выживание в более суровых условиях. Эти микробы также плохо переносят высокие температуры, среду с повышенной кислотностью и перепадами внешнего давления.

Хотя, безусловно, и среди грамположительных, и среди грамотрицательных прокариотов есть термофильные и барофильные группы бактерий, которые приспособились к выживанию в экстремальных условиях.

Отдельным образованием ЦПМ является мезосома. Это своеобразное впячивание части самой мембраны внутрь клеточного пространства. Мезосомы играют определяющую роль при делении клетки бактерии.

Состав

Относительно простое структурное устройство ЦПМ бактерий уравновешивается сложностью тех функций, которые возложены на каждый элемент этой системы в отдельности.

Читайте также:  Когда стоит делать тест на беременность

Как уже говорилось, мембранная конструкция у микробов состоит из бислоя липидов. Что представляют собой эти липиды, и какую функцию они выполняют:

  1. Бислой ЦПМ содержит определенный вид липидов – фосфолипиды. Это сложные органические вещества с содержанием фосфорной кислоты. Особенность этих органических молекул состоит в том, что их основная часть (головка) является гидрофильной (водопроницаемой), а окончание (хвостик) – гидрофобное (водонепроницаемое). Эту особенность хорошо видно на пространственной формуле этих молекул.
  2. Структура ЦПМ устроена так, что гидрофильные головки образуют наружный слой, а гидрофобные хвостики – внутренний.
  3. Эта структура формирует жидкокристаллическую модель, на которую мозаичным образом крепятся молекулы белков.
  4. Белки, как основные структурные элементы, которые содержит цитоплазматическая мембрана, подразделяются на два основных вида:
    • Группа периферических белковых молекул, которые контактируют как с цитоплазмой, так и с ЦПМ. Основная роль этих комплексов – формировать протонные мостики для транспорта внутрь клетки и за ее пределы.
    • Группа интегральных белков – крупные молекулы, которые полностью погружены в тело мембраны, а иногда даже выходят за ее пределы. ЦПМ содержит огромное количество интегральных белковых комплексов, которые имеют прочные связи с бислоем липидов и не могут дрейфовать вдоль стенок цитоплазматической мембраны, как периферийные белки.

Эта простая схема может быть значительно усложнена у разных групп бактерий. Так, например, мембранный комплекс бактерий-фотосинтетиков состоит не только из указанных белковых комплексов, в нее также внедрены фотосинтезирующие аппараты. Такие мембранные конструкции даже имеют отдельное название – фотосинтетические.

Транспорт

Исходя из того, что ЦПМ состоит из белковых молекул, которые могут строить каналы передачи между цитоплазмой и внешней средой клетки, особый интерес представляет механизм транспорта, который осуществляется через мембранные комплексы.

В зависимости от того, какие виды связей используют те белки, из которых состоит мембрана бактерии, транспорт может быть двух видов:

  • активный;
  • пассивный.

Пассивный транспорт – процесс, который протекает без затраты энергии клеткой. К таким процессам относится транспорт по причине разницы концентраций в растворе. Молекулы более концентрированного раствора передвигаются в менее концентрированный, до тех пор, пока будет установлено определенное равновесие.

Активный транспорт – в нем принимают участие связующие белки. Такой транспорт идет с затратой энергии. В грамотрицательных бактериях транспорт осуществляется также с помощью пермеаз, из которых, в том числе, состоит пространство между внутренней и внешней мембранами грамотрицательных клеток. Пермеазы являются связующим звеном для этих двух бактериальных структур.

Внутренние структуры

Кроме ЦПМ, внутри бактериальных клеток разных групп могут присутствовать обособленные мембранами включения. Эти ограждения, как и цитоплазматический барьер, состоят из липидов и белков. Установлено, что эти мембраны играют роль в метаболических процессах клетки, а также принимают участие в прохождении цикла Кальвина (цикла реакции фотосинтеза у прокариотов).

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Цитоплазматическая мембрана и ее производные, цитоплазма, нуклеоид.

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА (ЦПМ).

Цитоплазматическая мембрана (плазмолемма, ЦПМ) – это мембрана, которая окружает цитоплазму.

Строение ЦПМ. ЦПМ имеет трехслойное строение:

  • 2 ограничивающих осмиофильных слоя.
  • 1 центральный осмиофобный слой. В этих слоях гидрофильные головки обращены наружу, а гидрофобные хвосты – внутрь. К гидрофильным головкам прилегают углеводородные цепи.

ЦПМ является динамической структурой с подвижными компонентами, поэтому ее представляют как мобильную текучую структуру.

Химический состав ЦПМ:

  • Белки – до 75%.
  • Жиры (липиды) – до 45%.
  • Углеводы – до 5%.

По функции мембранные белки разделяют на:

  1. Структурные.
  2. Белки транспортных систем.
  3. Ферменты (энзимы).

Функции ЦПМ:

  1. Защитная.
  2. Транспортная (транспорт пит. веществ, ионов).
  3. Биосинтетическая (синтез белков – компонентов клеточной стенки и капсулы).
  4. Рецепторная (клетка бактерии обрабатывает сигналы, поступающие из окружающей среды).
  5. Энергетическая и дыхательная (в ней есть окислительные ферменты и др).
  6. Мембрана содержит особые участки для присоединения хромосомы и плазмид при их репликации и последующей сегрегации, в ней имеются центры роста мембраны.
  7. Также у ряда бактерий ЦПМ принимает участие в спорообразовании.
Читайте также:  Ковальчук Юлия Вячеславовна — психотерапевт, сексолог запись к врачу в Москве, отзывы — МОСГОРМЕД

ПРОИЗВОДНЫЕ ЦПМ (ВНУТРИЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ).

Внутрицитоплазматические мембраны – это производные ЦПМ, возникшие в результате ее разрастания и глубокого впячивания в цитоплазму.

Среди внутрицитоплазматических мембран выделяют несколько видов: фотосинтетические мембраны (хроматофоры), мезосомальные мембраны (мезосомы), прочие мембраны.

1. Фотосинтетические мембраны (хроматофоры). Содержат фотосинтетический аппарат клетки. Есть у фотоситетических бактерий.

Фотосинтетические мембраны могут иметь вид:

  • трубочек,
  • пузырьков,
  • уплощенных замкнутых дисков, образованных двумя тесно сближенными мембранными пластинами.

Функции фотосинтетических мембран: они осуществляют фотосинтез.

2. Мезосомальные мембраны (мезосомы). У грамотрицательных бактерий они встречаются редко и просто организованы. У грамположительных бактерий мезосомы хорошо развиты и сложно организованны.

Типы мезосом:

  • Пластинчатые.
  • Пузырьковидные.
  • рубчатые.

Функции мезосом (до конца еще не выяснены): участвуют в обмене веществ («рабочая» поверхность), в репликации хромосомы, формировании поперечной перегородки (во время деления клетки) и др.

3. Прочие мембраны. Развитая система внутрицитоплазматических мембран, морфологически отличающихся от мезосомальных, описана у представителей трех групп грамотрицательных хемотрофных эубактерий (азотфиксирующих, нитрифицирующих, метанокисляющих). Такие мембранные образования не являются обязательными для клетки, и могут в ней отсутствовать.

ЦИТОПЛАЗМА.

Цитоплазма – это содержимое клетки, окруженное ЦПМ. Цитоплазма состоит из цитозоля. Цитозоль – это полужидкая коллоидная масса.

Строение цитозоля: он неодинаковой консистенции – чем ближе к поверхности, тем он плотнее. Цитозоль неподвижен, имеет высокую плотность.

Химический состав цитозоля: состоит из воды (70-80%), РНК, ДНК, ферментов, продуктов и субстратов метаболических реакций.

Функции цитоплазмы:

  1. в цитоплазме протекают процессы обмена веществ,
  2. в ней распорожены структуры клетки: нуклеоид, рибосомы, внутрицитоплазматические включения и др; включения или запасные вещества (гликоген, сера).

НУКЛЕОИД

Нуклеоид (генофор, бактериальная хромосома) – это расположенная в центре бактериальной клетки двунитчатая молекула ДНК (как бы «ядро» прокариотов), не изолированная от цитоплазмы мембраной.

Количество нуклеоидов:

  • у покоящихся бактерий – 1 нуклеоид,
  • в фазе, предшествующей делению – 2,
  • в логарифмической фазе – 4 и более.

Строение нуклеоида. Нуклеоид представлен расположенной в центре бактериальной клетки двунитчатой молекулой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно упакованной наподобие клубка.

Нуклеоид не имеет ядерной мембраны (не отграничен от цитоплазмы мембраной), ядрышек, белков гистонов. Это чистая ДНК.

Может быть в виде: нитей, тяжей, узловатой или тонкой сети, грубых скоплений.

В центре нуклеоида расположены суперспирализованные петли (неактивной в данное время) ДНК.

По периферии нуклеоида находятся деспирализованные петли (активной) ДНК (участвующих в синтезе информационнойРНК).

Функции нуклеоида: в нуклеоиде закодирована основная генетическая информация, т. е. геном бактериальной клетки.

Строение и функции цитоплазматической мембраны

Цитоплазма бактерии окружена ЦПМ

ЦПМ — билипидная универсальная структура — физиологически активное образование

ЦПМ – высокоселективный барьер, обеспечивает существование клетки

Жизнеспособность бактерий обусловлена свойствами ЦПМ:

Текучесть – белки способны свободно перемещаться в толще мембраны

Флексибильность — способность изгибаться

Стабильность — за счет ионов Ca 2+ и Mg 2+

Строение ЦПМ

У большинства бактерий снаружи от ЦПМ есть особая структура – клеточная стенка (КС)

КС отсутствует у микоплазм (р. Mycoplasma)

ЦПМ – единственное мембранное образование бактерий, определяет ее жизнедеятельность

У бактерий нет мембран ядра, митохондрий, АГ и ЭПС

ЦПМ образована двумя слоями фосфолипидов (ФЛ) с комплексами белков

ФЛ есть во внешнем и внутреннем листке ЦПМ, холестерины отсутствуют

Белки ЦПМ

• В состав мембран входят белки и белковые комплексы

• Белки интегральные могут несколько раз пронизывать мембрану

• Белки гидрофобные – внутри мембран

• Белки гидрофильные – снаружи на поверхности мембран

• Белки периферические – находятся на мембране, не в цитоплазме – в основном, ферменты.

Читайте также:  Как часто нужно делать коррекцию нарощенных ресниц The Lashes

Жирные кислоты ЦМП бактерий

• ЖК состоят из 16-18 атомов углерода

• У бактерий, в отличие от эукариот, практически отсутствуют двойные (ненасыщенные) связи в ЖК

• Степень насыщенности ЖК определяет свойства бактериальных мембран

• У бактерий мембраны должны находиться в переходном подвижном состоянии, чтобы активно реагировать на воздействия извне

• Подвижное состояние мембран бактерий обеспечивает широкие температурные границы их существования

Функции ЦПМ

Строение ЦПМ определяет ее функции

ЦПМ — полифункциональная структура, вместилище различных ферментов.

Ферменты участвуют в самых различных процессах жизнедеятельности бактерий.

Все функции мембраны связаны и плавно перетекают друг в друга.

Условно выделим 5 групп функций ЦПМ

1. Регуляция осмотического давления — главный осмотический барьер.

2. Энергетическая функция.

3. Транспортная функция.

4. Сенсорная функция.

5. Регуляция деления бактериальной клетки.

Регуляция осмотического давления

1. Неспецифическая простая диффузия по градиенту концентрации без затраты энергии.

2. Облегченная диффузия – за счет фермента – субстрат-специфической пермеазы (транспортный белок) по градиенту концентрации не требует затрат энергии.

3. Активный транспорт — с участием специфических транспортных белков – пермеаз. В отличие от облегченной диффузии требуется затрата энергии.

Энергетическая функция

Система первичной протонной помпы или протондвижущая сила (ПДС) возникает:

1. В результате дыхания.

2. Источником может быть энергия света.

3. ПДС возникает за счет работы белкового комплекса АТФ-азы (включает 7 разных белков).

4. За счет ПДС протоны Н+ поступают внутрь клетки.

ПДС складывается за счет:

Электрического мембранного потенциала

Разности рН между наружной и внутренней сторонами мембраны.

Или тем и другим одновременно.

Процесс идет за счет энергии АТФ.

Другие варианты первичной помпы

Вместо протонов (Н+) могут работать другие ионы, например, K+, Na+.

K+ первичная помпа.

Na+ первичная помпа.

В этих случаях происходит поступление K+, Na+ за счет энергии АТФ.

Например: морские бактерии, термофилы, бактерии в рубце жвачных животных.

Т.о., ПДС может создаваться за счет разных ионов.

Транспортная функция ЦПМ

Бактерии могут существовать только во влажной среде, поглощая растворенные вещества.

Все вещества должны проходить через ЦПМ.

Перенос веществ через ЦПМ

• Существует несколько вариантов переноса веществ через ЦПМ:

• 1. Активный транспорт

• 2. Вторичная помпа

1. Первый вариант переноса — активный транспорт Участвуют специфические транспортные белки – пермеазы, отличаются друг от друга по ряду показателей: по степени сродства к субстрату, по специфичности к определенным веществам, по эффективности определения концентрации веществ в клетке и вне клетки

2. Второй вариант переноса-вторичная помпа при участии энергетического протонного потенциала – вторичной помпы.

В этом случае специфические белки катализируют перенос различных субстратов за счет ПДС.

Как и в случае первичной помпы это перенос, но различных веществ (не только ионов Н+, K+, Na+) в клетку за счет разности мембранного потенциала, обеспечивающего

1-й вариант вторичной помпы

• Унипорт – втягивание вещества отрицательным зарядом за счет разности потенциалов на мембране. Например, электрофоретический вариант переноса вещества.

2-й вариант вторичной помпы

Синпорт– белок катализирует одновременный и однонаправленный перенос веществ (двух или сразу нескольких) вместе с протоном за счет ПДС. Например, Н+ и лактоза.

3-й вариант вторичной помпы

Антипорт – белки вторичной помпы катализируют одновременный и встречный перенос двух различных веществ. Например, Н+ и иона Са+ или Na+.

Сенсорная функция ЦПМ

• Бактерии способны улавливать и определять малейшие изменения в окружающей среде

• Сенсорные системы бактерий похожи на подобные системы в клетках высших организмов.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Ссылка на основную публикацию
Цистит — симптомы, причины и лечение в Москве
Хронический цистит (циститоуретрит) у женщин Хронический цистит (циститоуретрит) у женщин Циститоуретрит у женщин – это острое или хроническое воспаление мочевого...
Цикл месячных как считать, какая норма и сколько дней длится цикл месячных
Менструальный цикл: норма и отклонения Менструальный цикл — нормальный процесс женской физиологии, но в реальности часто оказывается, что он протекает...
Ци-Клим витамины для женщин 45 инструкция по применению, состав, отзывы
Ци-клим витамины для женщин 45+ Состав Состав 1 таблетка (суточный прием) содержит Масса % от РСН L-карнитин 45 мг 15...
Цистит и молочница одновременно как лечить Лаборатория Здоровья
Симптомы цистита у женщин, лечение, причины возникновения, к какому врачу обращаться? Один из вариантов воспаления мочвыводящих путей — цистит —...
Adblock detector