Строение бактерий — особенности, стенки, клеточное

Строение бактерий

Большинство бактерий – одноклеточные структуры. Исключением являются такие растения, как нитчатые цианобактерии и актиномицеты. Форма клеток бактерий может быть округлая (кокки), извитая (спириллы, вибрионы), палочковидная (бациллы, псевдомонады), иногда – звездчатые, кубические, С-образные, т.д. Свойства бактерий, такие как подвижность, всасывание питательных веществ, приклеивание к поверхности, определяются формой клеток. К примеру, олиготрофы, обитающие в средах с низкой концентрацией питательных веществ, с целью увеличить отношение поверхности к объему образуют особые выросты (простеки).

Организм бактерии на 70-80% состоит из воды. Сухой остаток представляет собой 50% белка, частиц клеточной стенки 10-20%, липидов 10%, РНК 10-20%, ДНК 3-4%. Из микроэлементов в состав бактериальной клетки входят углерод (50%), кислород (20%), азот (14%), водород (8%) в малых концентрациях.

В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента:

Почти все бактерии имеют внешнюю оболочку — клеточную стенку, благодаря которой форма бактерий постоянна. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Ее главный структурный элемент – биополимер муреин. Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки (микоплазмы), так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Х. Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Главная функция внешней мембраны – транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов (в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов).

От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Ее основная функция – создание осмотического барьера в клетке, регуляция транспорта веществ. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др., происходят в мембране. Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны – мезосомы. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. Жгутики и геномная ДНК тесно связаны с данным структурным элементом клетки бактерии.

В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Главное отличие прокариот (бактериальной клетки) от эукарит – это отсутствие ядерной мембраны и других внутрицитоплазматических мембран, которые не являются производными цитоплазматической мембраны. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеотид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.

В цитоплазме находятся включения в виде разнообразных везикул (пузырьков), которые образованы в процессе впячивания цитоплазматической мембраны. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли (аэросомы), функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т.д. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки. У цианобактерий имеются видоизмененные рибосомы – карбоксисомы, представляющие собой тельца, содержащие фермент, с помощью которого происходит фиксация СО2. У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых.

Строение и функции цитоплазматической мембраны

Структура и свойства цитоплазматической мембраны

Организм человека и животных, состоящий из миллиардов клеток, развивался таким образом, что функция каждой его системы стала результатом функции суммы клеток, из которых состоят органы и ткани данной системы. Каждая клетка организма располагает набором структур и механизмов, позволяющих ей осуществлять собственный метаболизм и выполнять присущую ей функцию.

В состав клетки входят цитоплазматическая или поверхностная мембрана; цитоплазма, имеющая ряд органелл, включений, элементов цитоскелета; ядро, содержащее ядерный геном. Органеллы клетки и ядро отграничены в цитоплазме внутренними мембранами. Каждая структура клетки выполняет в ней свою функцию, а все они вместе взятые обеспечивают жизнеспособность клетки и выполнение ею специфических функций.

Читайте также:  Сроки лабораторных исследований

Ключевая роль в осуществлении клеточных функций и их регуляции принадлежит цитоплазматической мембране клетки.

Общие принципы строения цитоплазматической мембраны

Для всех клеточных мембран характерен один принцип строения (рис. 1), в основе которого лежат физико-химические свойства сложных липидов и белков, входящих в их состав. Мембраны клетки располагаются в водной среде и для понимания физико-химических явлений, влияющих на их структурную организацию, полезным является описание взаимодействия липидных и белковых молекул с молекулами воды и друг с другом. Ряд свойств клеточных мембран также вытекает из рассмотрения этого взаимодействия.

Известно, что плазматическая мембрана клетки представлена двойным слоем сложных липидов, покрывающим поверхность клетки на всем ее протяжении. Для создания липидного бислоя в ее структуру могли быть отобраны природой и включены только те молекулы липидов, которые обладают амфифильными (амфипатическими) свойствами. Этим условиям отвечают молекулы фосфолипидов и холестерола. Их свойства таковы, что одна часть молекулы (глицерольная для фосфолипидов и циклопентановая для холестерола) обладает полярными (гидрофильными) свойствами, а другая (жирнокислотные радикалы) — неполярными (гидрофобными) свойствами.

Рис. 1. Строение цитоплазматической мембраны клетки.

Если определенное количество молекул фосфолипидов и холестерола поместить в водную среду, то они спонтанно начнут собираться в упорядоченные структуры и формировать замкнутые пузырьки (липосомы), в которых оказывается заключенной часть водной среды, а поверхность становится покрытой непрерывным двойным слоем (бислоем) фосфолипидных молекул и холестерола. При рассмотрении характера пространственного расположения молекул фосфолипидов и холестерола в этом бислое видно, что молекулы данных веществ располагаются своими гидрофильными частями в сторону наружного и внутреннего водных пространств, а гидрофобными — в противоположных направлениях — внутрь бислоя.

Что заставляет молекулы этих липидов самопроизвольно формировать в водной среде бислойные структуры, подобные структуре бислоя клеточной мембраны? Пространственное расположение амфифильных молекул липидов в водной среде диктуется одним из требований термодинамики. Наиболее вероятной пространственной структурой, которую сформируют в водной среде молекулы липидов, будет структура, обладающая минимумом свободной энергии.

Такой минимум свободной энергии в пространственной структуре липидов в воде будет достигнут в случае, когда и гидрофильные, и гидрофобные свойства молекул будут реализованы в виде соответствующих межмолекулярных связей.

При рассмотрении поведения сложных амфифильных молекул липидов в воде можно объяснить и некоторые свойства клеточных мембран. Известно, что если механически повредить плазматическую мембрану (например, проколоть ее электродом или через прокол удалить ядро и поместить в клетку другое ядро), то через мгновение за счет сил межмолекулярного взаимодействия липидов и воды мембрана самопроизвольно восстановит целостность. Под действием таких же сил можно наблюдать слияние бислоев двух мембран при их соприкосновении (например, везикул и пресинаптической мембраны в синапсах). Способность мембран сливаться при их непосредственном контакте является частью механизмов обновления структуры мембран, транспорта компонентов мембран из одного субклеточного пространства в другое, а также частью механизмов эндо- и экзоцитоза.

Энергия межмолекулярных связей в липидном бислое очень низкая, поэтому создаются условия для быстрого перемещения в мембране молекул липидов и белков и для изменения структуры мембраны при воздействии на нее механических сил, давлений, температуры и других факторов. Наличие в мембране двойного липидного слоя образует замкнутое пространство, изолирует цитоплазму от окружающей водной среды и создаст препятствие для свободного прохождения воды и растворимых в ней веществ через клеточную мембрану. Толщина липидного бислоя составляет около 5 нм.

В состав клеточных мембран также входят белки. Их молекулы по объему и массе в 40-50 раз больше, чем молекулы мембранных липидов. За счет белков толщина мембраны достигает 7-10 нм. Несмотря на то что суммарные массы белков и липидов в большинстве мембран почти равны, количество молекул белков в мембране в десятки раз меньше, чем молекул липидов.

Что же произойдет, если белковая молекула окажется помещенной в фосфолипидный бислой липосом, наружные и внутренние поверхности которых полярны, а внутрилипидный неполярен? Под влиянием сил межмолекулярных взаимодействий липидов, белка и воды произойдет формирование такой пространственной структуры, в которой неполярные участки пептидной цепи будут стремиться расположиться в глубине липидного бислоя, в то время как полярные — занять положение на одной из поверхностей бислоя и могут к тому же оказаться погруженными во внешнюю или внутреннюю водную среду липосомы. Очень сходный характер расположения белковых молекул имеет место и в липидном бислое клеточных мембран (рис. 1).

Читайте также:  Коклюш Санитарно-эпидемиологическая служба города Минска

Обычно белковые молекулы локализуются в мембране разрозненно одна от другой. Возникающие в неполярной части бислоя липидов очень слабые силы гидрофобных взаимодействий между углеводородными радикалами липидных молекул и неполярными участками белковой молекулы (липид-липидные, липид-белковые взаимодействия) не препятствуют протеканию процессов тепловой диффузии этих молекул в структуре бислоя.

Когда с помощью тонких методов исследования была изучена структура клеточных мембран, то оказалось, что она очень сходна с той, которая самопроизвольно формируется фосфолипидами, холестеролом и белками в водной среде. В 1972 г. Синджером и Никольсом была предложена жидкостно-мозаичная модель строения клеточной мембраны и сформулированы ее основные принципы.

Согласно этой модели, структурную основу всех клеточных мембран составляет жидкоподобный непрерывный двойной слой амфипатических молекул фосфолипидов, холестсрола, гликолипидов, самопроизвольно формирующих его в водной среде. В липидном бислое асимметрично расположены белковые молекулы, выполняющие специфические рецепторные, ферментативные и транспортные функции. Белковые и липидные молекулы обладают подвижностью и могут совершать вращательные движения, диффундировать в плоскости бислоя. Белковые молекулы способны изменять их пространственную структуру (конформацию), смещаться и изменять свое положение в липидном бислое мембраны, погружаясь на различную глубину или всплывая на его поверхность. Структура липидного бислоя мембраны неоднородна. В нем имеются участки (домены), получившие название «рафты», которые обогащены сфинголипидами и холестеролом. «Рафты» отличаются фазовым состоянием от состояния остальной части мембраны, в которой они располагаются. Особенности строения мембран зависят от выполняемой ими функции и функционального состояния.

Исследование состава клеточных мембран подтвердили, что основными их компонентами являются липиды, составляющие около 50% массы плазматической мембраны. Около 40-48% массы мембраны приходится на белки и 2-10% — на углеводы. Остатки углеводов либо входят в состав белков, образуя гликопротеины, либо липидов, образуя гликолипиды. Фосфолипиды являются главными структурными липидами плазматических мембран и составляют 30-50% их массы.

Углеводные остатки молекул гликолипидов обычно располагаются на внешней поверхности мембраны и погружены в водную среду. Они играют важную роль в межклеточных, клеточно-матриксных взаимодействиях и распознавании антигенов клетками иммунной системы. Молекулы холестерола, встроенные в фосфолипидный бислой, способствуют сохранению упорядоченного расположения жирнокислотных цепей фосфолипидов и их жидкокристаллического состояния. В связи с наличием высокой конформационной подвижности ацильных радикалов жирных кислот фосфолипидов они формируют достаточно рыхлую упаковку липидного бислоя и в нем могут образовываться структурные дефекты.

Белковые молекулы способны пронизывать всю мембрану так, что их концевые участки выступают за се поперечные пределы. Такие белки называют трансмембранными, или интегральными. В составе мембран имеются также белки, только частично погруженные в мембрану или располагающиеся на ее поверхности.

Многие специфические функции мембран определяются белковыми молекулами, для которых липидная матрица является непосредственным микроокружением и от ее свойств зависит осуществление функций белковыми молекулами. Среди важнейших функций мембранных белков можно выделить: рецепторную — связывание с такими сигнальными молекулами, как нейромедиаторы, гормоны, ингерлейкины, факторы роста, и передача сигнала на пострецепторные структуры клетки; ферментативную — катализ внутриклеточных реакций; структурную — участие в формировании структуры самой мембраны; транспортную — перенос веществ через мембраны; каналообразующую — формирование ионных и водных каналов. Белки совместно с углеводами участвуют в осуществлении адгезии-слипания, склеивания клеток при иммунных реакциях, объединении клеток в слои и ткани, обеспечивают взаимодействие клеток с внеклеточным матриксом.

Функциональная активность мембранных белков (рецепторов, ферментов, переносчиков) определяется их способностью легко изменять свою пространственную структуру (конформацию) при взаимодействии с сигнальными молекулами, действии физических факторов или изменении свойств среды микроокружения. Энергия, требующаяся для осуществления этих конформационных изменений структуры белков, зависит как от внутримолекулярных сил взаимодействия отдельных участков пептидной цепи, так и от степени текучести (микровязкости) мембранных липидов, непосредственно окружающих белок.

Углеводы в виде гликолипидов и гликопротеинов составляют лишь 2-10% от массы мембраны; количество их в разных клетках изменчиво. Благодаря им осуществляются некоторые виды межклеточных взаимодействий, они принимают участие в узнавании клеткой чужеродных антигенов и совместно с белками создают своеобразную антигенную структуру поверхностной мембраны собственной клетки. По таким антигенам клетки узнают друг друга, объединяются в ткань и на короткое время слипаются для передачи сигнальных молекул друг другу.

Читайте также:  Капнометрия и капнография в ветеринарной практике

Благодаря низкой энергии взаимодействия входящих в мембрану веществ и относительной упорядоченности их расположения клеточная мембрана приобретает ряд свойств и функций, не сводимых к простой сумме свойств образующих ее веществ. Незначительные по силе воздействия на мембрану, сравнимые с энергией межмолекулярных связей белков и липидов, могут вести к изменению конформации белковых молекул, проницаемости ионных каналов, изменению свойств мембранных рецепторов, других многочисленных функций мембраны и самой клетки. Высокая чувствительность структурных компонентов плазматической мембраны имеет решающее значение в восприятии клеткой информационных сигналов и их преобразовании в ответные реакции клетки.

Функции цитоплазматической мембраны клетки

Цитоплазматическая мембрана выполняет многие функции, обеспечивающие жизненные потребности клетки и, в частности, ряд функций необходимых для восприятия и передачи клеткой информационных сигналов.

Среди важнейших функций плазматической мембраны можно выделить:

  • отграничение клетки от окружающей се среды с сохранением формы, объема и существенных различий между клеточным содержимым и внеклеточным пространством;
  • перенос веществ внутрь клетки и из нее на основе свойства избирательной проницаемости, активного и других видов транспорта;
  • поддержание трансмембранной разности электрических потенциалов (поляризации мембраны) в покое, ее изменение при различных воздействиях на клетку, генерация и проведение возбуждения;
  • участие в обнаружении (рецепции) сигналов физической природы, сигнальных молекул за счет формирования сенсорных или молекулярных рецепторов и передаче сигналов внутрь клетки;
  • образование межклеточных контактов (плотный, щелевой и десмосомальный контакт) в составе образуемых тканей или при адгезии клеток различных тканей;
  • создание гидрофобного микроокружения для проявления активности ферментов, связанных с мембраной;
  • обеспечение иммунной специфичности клетки за счет наличия в структуре мембраны антигенов белковой или гликопротеиновой природы. Иммунная специфичность имеет значение при объединении клеток в ткань и взаимодействии с клетками, осуществляющими иммунный надзор в организме.

Приведенный перечень функций клеточных мембран свидетельствует о том, что они принимают участие в осуществлении не только клеточных функций, но и базисных процессов жизнедеятельности органов, тканей и целостного организма. Без знания ряда явлений и процессов, обеспечиваемых мембранными структурами, невозможно понимание и осознанное выполнение некоторых диагностических процедур и лечебных мероприятий. Например, для правильного применения многих лекарственных веществ необходимо знание того, в какой мере каждое из них проникает через клеточные мембраны из крови в тканевую жидкость и в клетки.

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).

Ссылка на основную публикацию
Страница статьи Неврологический журнал
Болезнь Крейтцфельдта-Якоба Что такое болезнь Крейтцфельдта-Якоба? Болезнь Крейтцфельдта-Якоба (болезнь Кройцфельдта-Якоба, БКЯ) — это редкое неврологическое заболевание (заболевание нервной системы), которое...
Стоимости схем лечения ВИЧ-инфекции в РФ в 2017 году ITPCru
Вопросы по терапии ВИЧ-инфекции Когда нужно начинать терапию (ВААРТ)? В любое время, когда человек привержен лечению и готов его начать,...
Стоимость анализа на совместимость партнеров для зачатия Кариотип в CMD
Что такое кариотипирование супругов Для оценки качества генетического материала будущего ребенка существует специальный анализ − кариотипирование супругов (другие анализы для...
Страсти по; Арбидолу обман потребителя или борец с вирусами
Арбидол 100мг 20 шт. капсулы Дозировка: 100 мг Фасовка: N20 Форма выпуска: капс. Действующее вещество: --> Упаковка: уп. контурн. яч....
Adblock detector