СТРУКТУРА БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ Просто о медицине

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.

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.

Читайте также:  Молока может быть больше! О способах повышения лактации

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.

Функции цпм бактерий

Отдел бактерии насчитывает 3 тыс. видов. Это прокариотные организмы, преимущественно одноклеточные, иногда нитчатые. Обычно не окрашены и не имеют клеточного ядра.

Размеры бактерий от 0.1-0.5 мкм до нескольких десятков микрометров.

В бактериальной клетке нет покрытых мембранами органелл.

Размножаются вегетативно поперечным делением клетки или спорами. У некоторых бактерий известен половой процесс.

В зависимости от формы клетки бактерий носят разные названия: кокки, бациллы, вибрионы, спириллы.

По характеру питания бактерии бывают и автотрофами и гетеротрофами. А по характеру дыхания делятся на две группы: аэробные и анаэробные.

Бактерии чрезвычайно широко распространены в природе. Они занимают все основные среды жизни. Нет их только в кратерах действующих вулканов и в эпицентре ядерных взрывов.

Бактерии вызывают целый ряд заболеваний человека и животных (чума, холера, сибирская язва, ботулизм). Некоторые бактерии патогенны и для растений.

Строение и химический состав бактериальной клетки

Клетки бактерий имеют плотную оболочку, в состав которой входят аминосахара и аминокислоты. Клеточная оболочка (стенка) представляет собой поверхностный слой бактериальной клетки, толщиной 0.01-0.04 мкм, расположенный снаружи от цитоплазматической мембраны.

Читайте также:  Нинтеданиб инструкция по применению, аналоги, статьи » Справочник ЛС

Функции клеточной стенки:

  • Защитная
  • Опорная
  • Придание клетке характерной формы (палочки, кокки)
  • Поддержание осмотического давления внутри клетки (это обстоятельство роднит бактериальную и растительную клетку)

Основной структурный компонент клеточной стенки — муреин (гликопептид, мукопептид).

В 1884 году Кристиан Грамм предложил особый способ окраски бактериальной клетки, с помощью которого бактерии могут быть разделены на две группы: грамположительные и грамотрицательные. Химический состав клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий различен.

У грамположительных бактерий, кроме муреина, в состав клеток входят еще полисахариды и тейхоевые кислоты (сложные по составу и структуре соединения, состоящие из сахаров, спиртов, аминокислот и фосфорной кислоты).

Строение клеточных стенок у грамотрицательных бактерий в целом сложнее, чем у грамположительных. В частности, в них меньше муреина и содержится значительное количество липидов (жиров), связанных с белками и сахарами в сложные комплексы — липопротеиды и липополисахариды. Структура клеточных стенок грамотрицательных бактерий тоже сложна. Стенки грамотрицательных бактерий многослойные. Внутренний слой состоит из муреина. Затем располагается слой из неплотно упакованных молекул белка. Этот слой покрыт в свою очередь слоем липополисахаридов. Самый верхний слой содержит липопротеиды.

Клеточная стенка проницаема для питательных веществ, которые поступают в клетку, и продуктов обмена, которые выходят в окружающую среду.

Поверх клеточной стенки у многих бактерий образуются слизистые капсулы, состоящие из гидратированных полисахаридов. В центральной части бактериальной клетки локализовано ядерное вещество (ДНК).

Цитоплазма молодых бактериальных клеток гомогенна, у старых клеток она сильно гранулирована и имеет небольшие вакуоли. Гранулы представляют собой запасные вещества — крахмал, жир, гликоген, волютин и др. Все содержимое клетки, за исключением ядра и клеточной мембраны, погружены в цитоплазму. Жидкая, бесструктурная часть цитоплазмы (матрикс, гиалоплазма) содержит основные клеточные органеллы: рибосомы, митохондрии, пластиды. Цитоплазма окружена цитоплазматической мембраной, которая у бактерий представляет липопротеидный слой. Цитоплазматическая мембрана выполняет ряд важных функций. Во-первых, она регулирует поступление веществ в клетку и выделение наружу продуктов обмена. Во-вторых, в мембране происходит синтез некоторых компонентов клеточной стенки и капсулы. И, в третьих, в цитоплазматической мембране находятся важнейшие ферменты. Кроме того, с цитоплазматической мембраной связаны рибосомы, осуществляющие синтез белка в клетке. Между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой существует связь в виде десмозов — мостиков. Цитоплазматическая мембрана у бактерий дает многочисленные впячивания (инвагинации), которые образуют особые мембранные структуры — мезосомы. Мезосомы выполняют у бактерий различные функции — они могут служить митохондриями, выполнять функции эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Кроме того, мезосомы выполняют функции пластид и осуществляют процесс фотосинтеза.

Цитоплазматическая мембрана: функции, строение. Наружная цитоплазматическая мембрана

Наружная цитоплазматическая мембрана представляет собой тончайшую пленку. Ее толщина — порядка 7-10 нм. Просматривается пленка только в электронный микроскоп.

Читайте также:  РАНЫ Главными признаками раны являются боль, зияние и кровотечение

Структура

Какой состав имеет цитоплазматическая мембрана? Строение пленки достаточно разнообразно. В соответствии с химической организацией, она представляет собой комплекс белков и липидов. Цитоплазматическая мембрана клетки включает в себя бислой. Он выступает в качестве основы. Кроме этого, цитоплазматическая мембрана содержит холестерол и гликолипиды. Этим веществам свойственна амфипатричность. Другими словами, в них присутствуют гидрофобные («боящиеся влаги») и гидрофильные («любящие воду») концы. Последние (фосфатная группа) направлены наружу от мембраны, вторые (остатки от жирных кислот) ориентированы друг к другу. За счет этого и формируется липидный биполярный слой. Липидные молекулы обладают подвижностью. Они способны перемещаться в собственном монослое либо (что редко) из одного в другой.

Цитоплазматическая мембрана: функции

Основными задачами являются:

  • Барьерная. Защитная пленка обеспечивает активный, пассивный, избирательный, регулируемый обмен соединений с внешней средой. За счет избирательной проницаемости осуществляется отделение клетки и ее компартментов и снабжение их нужными веществами.
  • Транспортная. Сквозь пленку осуществляется переход соединений от клетки к клетке. Благодаря этому доставляются питательные соединения, удаляются конечные продукты обмена, происходит секреция разных веществ. Кроме этого, формируются ионные градиенты, на оптимальном уровне поддерживаются ионная концентрация и рН. Они необходимы для активной деятельности ферментов клетки.

Вспомогательные задачи

  • Матричная. Эта функция обеспечивает определенную ориентацию и взаиморасположение белков мембраны, а также оптимальное их взаимодействие.
  • Механическая. За счет нее обеспечивается автономность клетки, внутренних структур. Также осуществляется соединение элемента с прочими аналогичными.

Особые свойства

К специфическим функциям мембраны относят:

  • Ферментативную. Зачастую белки, которые содержит цитоплазматическая мембрана, выступают в качестве ферментов.
  • Генерацию и проведение биопотенциалов.
  • Маркировку. Цитоплазматическая мембрана включает в свой состав особые антигены. Они действуют как маркеры-«ярлыки». Благодаря им осуществляется распознание клеток. Маркеры представляют собой гликопротеины – белки, содержащие разветвленные олигосахаридные боковые цепи. Они выступают в качестве «антенн».

Дополнительные сведения

Если какие-то частицы по тем или другим причинам не способны пройти сквозь фосфолипидный бислой (к примеру, вследствие гидрофильных свойств, поскольку внутри цитоплазматическая мембрана гидрофобна и такие соединения не пропускает, либо из-за больших размеров самих частиц), но они необходимы, то пройти они могут с помощью специальных белков-переносчиков (транспортеров) и белков-каналов. Либо проникновение их осуществляется посредством эндоцитоза.

Модели

Их существует несколько:

  • «Бутербродная модель». Идею о трехслойном строении всех мембран высказали ученые Даусон и Даниэли в 1935 году. По их мнению, структура пленки была следующей: белки-липиды-белки. Такое представление существовало достаточно долго.
  • «Жидкостно-мозаичная структура». Эта модель была описана Николсоном и Сингером в 1972 году. В соответствии с ней белковые молекулы не формируют сплошной слой, а погружаются в биполярный липидный в виде мозаики на различную глубину. Эта модель считается наиболее универсальной.
  • «Белково-кристаллическая структура». В соответствии с этой моделью мембраны формируются за счет переплетения белковых и липидных молекул, которые объединены на базе гидрофильно-гидрофобных связей.
Ссылка на основную публикацию
Строение и отделы позвоночного столба — Региональный Одесский Центр Восстановления Позвоночника и Ре
Какое строение имеет позвоночник человека Позвоночник — это своего рода опорная ось, стержень тела, обеспечивающая ему статистическую устойчивость и динамическую...
Стоматология; СТОМ1; ВКонтакте
Современная стоматология в центре Москвы для всей семьи последнего поколения без боли премиум и VIP-класса Часы работы Понедельник - Воскресенье...
Стоматолог-ортодонт кто это и что лечит Москва
Что лечит ортодонт: какими болезнями занимается этот врач Врач стоматолог-ортодонт – это человек, который занимается коррекцией и устранением аномалий зубочелюстной...
Строение и функции грудной клетки, строение и анатомия грудной мышцы позвоночника человека
Строение, анатомия и функции грудного отдела позвоночника Грудная клетка человека Грудная клетка человека представляет собой каркас, состоящий из позвонков, грудины...
Adblock detector