Цитоплазматическая мембрана, её строение, функции и свойства

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.

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.

Читайте также:  Усов Илья Алексеевич, стоматолог, Санкт-Петербург, отзывы, оценки, места приёма

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.

15. Морфология бактерий

Компартменты (части) бактериальной клетки

(нуклеоид, рибосомы, включения)

16. Цитоплазма бактериальной клетки

Цитоплазма – гелеобразная субстанция, окруженная ЦПМ, содержит рибосомы, белки и ферменты.

В цитоплазме cтруктурно различимы: 1. Рибосомы 2. Нуклеоид 3. Включения

Рибосомы бактерий

Прокариотические Р относятся к 70S типу.

Эукариотические Р — к 80S типу.

Р имеют четкие контуры.

Р – мембраной не окружены.

Количество Р строго регулируется и составляет

от 1-100 x 1000 на клетку.

В клетке E.coli – 1000 Р.

Р распределены диффузно в цитоплазме

Иногда Р расположены вблизи ЦПМ.

Бактериальные Р содержат 55 белков и 3 типа рРНК

30S — малая субъединица:

21 белок + 16S РНК

50S большая субъединица:

34 белка + 5S, 23S РНК

Функции рибосом

Р выполняют функцию трансляции генетической информации – синтез белка на матрице иРНК.

Р, нанизанные на иРНК образуют полисомы.

2-й структурный компонент цитоплазмы

четко различима область цитоплазмы с ДНК, не окруженная мембраной.

Н включает хромосому и лишен рибосом.

Хромосома и плазмиды составляют геном

Геном – совокупность генов.

17. 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

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.

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

Регуляция осмотического давления -главный осмотический барьер.

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.

Читайте также:  Что такое НЛП и зачем оно нужно интервью с психологом Musecube

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.

Цитоплазматическая мембрана

Любая живая клетка отделена от окружающей среды тонкой оболочкой особого строения — цитоплазматической мембраной (ЦПМ). Эукариоты имеют многочисленные внутриклеточные мембраны, отделяющие пространство органелл от цитоплазмы, тогда как для большинства прокариот ЦПМ — это единственная мембрана клетки. У некоторых бактерий и архей она может внедряться внутрь цитоплазмы, образуя выросты и складки различной формы.

ЦПМ любых клеток построены по единому плану и состоят из фосфолипидов (рис. 3.5, а). У бактерий в их состав входят две жирные кислоты обычно с 16—18 атомами углерода в цепочке и с насыщенными или одной ненасыщенной связями, соединенные сложноэфирной связью с двумя гидроксильными группами глицерола. Состав жирных кислот бактерий может варьировать в ответ на изменения окружающей среды, в особенности, температуры. При понижении температуры в составе фосфолипидов увеличивается количество ненасыщенных жирных кислот, что в значительной степени отражается на текучести мембраны. Некоторые жирные кислоты могут быть разветвленными или содержать циклопропановое кольцо. Третья ОН-группа глицерола связана с остатком фосфорной кислоты и через него — с головной группой. Головные группы фосфолипидов могут у разных прокариот иметь разную химическую природу (фосфатидилэта- ноламин, фосфатидилглицерол, кардиолипин, фосфатидилсерин, лецитин и др.), но они устроены проще, чем у эукариот. Например, у Е. coli, они представлены на 75% фосфатидилэтаноламином, на 20% — фосфатидилглицеро- лом, остальные состоят из кардиолипина (дифосфатидилглицерола), фос- фатидилсерина и следовых количеств других соединений. Прочие бактерии имеют более сложные типы мембранных липидов. Некоторые клетки образуют гликолипиды, такие как моногалактозилдиглицерид. Мембранные липиды архей отличаются от эукариотических и бактериальных. Вместо жирных кислот у них присутствуют высшие изопреноидные спирты, прикрепленные к глицеролу простой, а не сложной эфирной связью.

Читайте также:  Презентация на тему; ДИСЦИРКУЛЯТОРНАЯ ЭНЦЕФАЛОПАТИЯ в практике терапевта 1

Рис. 3.5. Строение:

а — фосфолипида; б — бислойной мембраны

Такие молекулы составляют мембранный бислой, где гидрофобные части обращены вовнутрь, а гидрофильные — наружу, в окружающую среду и в цитоплазму (рис. 3.5, б). В бислой погружены или пересекают его многочисленные белки, которые могут диффундировать внутри мембраны, иногда образуя сложные комплексы. Мембранные белки имеют ряд важных функций, включая преобразование и запасание метаболической энергии, регуляцию поглощения и выброса всех питательных веществ и продуктов метаболизма. Кроме того, они узнают и передают многие сигналы, отражающие изменения в окружающей среде, и запускают соответствующий каскад реакций, приводящий к клеточному ответу. Такая организация мембран хорошо объясняется жидкокристаллической моделью с мозаичным вкраплением мембранных белков (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Организация ЦПМ

Большинство биологических мембран имеют толщину от 4 до 7 нм. Клеточные мембраны хорошо различимы в просвечивающем электронном микроскопе при контрастировании тяжелыми металлами. На электронных микрофотографиях они имеют вид трехслойных образований: два внешних темных слоя показывают положение полярных групп липидов, а светлый средний слой — гидрофобное внутреннее пространство (рис. 3.7).

Другая техника исследования мембран заключается в получении сколов замороженных при температуре жидкого азота клеток и контрастировании образующихся поверхностей с помощью напыления тяжелых металлов

(платина, золото, серебро). Полученные препараты просматривают в сканирующем электронном микроскопе. При этом можно увидеть поверхность мембраны и включенные в нее мозаично мембранные белки, которые не простираются сквозь мембрану, а связаны специальными гидрофобными якорными областями с гидрофобной областью бислоя.

Рис. 3.7. ЦПМ на электронных микрофотографиях

ЦПМ обладает свойством избирательной проницаемости, препятствуя свободному продвижению большинства веществ внутрь и из клетки, а также играет значительную роль в росте и делении клеток, движении, экспорте поверхностных и внеклеточных белков и углеводов (экзополисахаридов). Если клетку поместить в среду с более высоким или более низким осмотическим давлением, чем внутри цитоплазмы, то произойдет выход воды из клетки или вход воды в нее. Это отражает свойство воды уравнивать градиенты растворов. Цитоплазма при этом сжимается или расширяется (явление плазмолиза/деплазмолиза). Большинство бактерий, однако, не меняет свою форму в таких экспериментах вследствие наличия ригидной клеточной стенки.

ЦПМ регулирует потоки питательных веществ и метаболитов. Наличие гидрофобного слоя, образованного мембранными липидами, препятствует прохождению через нее любых полярных молекул и макромолекул. Это свойство позволяет клеткам, существующим в большинстве случаев в разбавленных растворах, удерживать полезные макромолекулы и метаболические предшественники. Мембрана клетки призвана осуществлять и транспортную функцию. Обычно прокариоты имеют большое количество очень специфических транспортных систем. Транспорт — интегральная часть общей биоэнергетики клетки, которая создает и использует различные ионные градиенты через ЦПМ для переноса веществ и формирования других необходимых клетке градиентов. ЦПМ играет значительную роль в движении, росте и делении клеток. В мембране прокариот сосредоточены многие метаболические процессы. Мембранные белки выполняют важные функции: участвуют в преобразовании и запасании энергии, регулируют поглощение и выброс всех питательных веществ и продуктов метаболизма, узнают и передают сигналы об изменениях в окружающей среде.

Ссылка на основную публикацию
Циркумцизия — обрезание у мужчин Москва
Что стоит знать об обрезании каждому мужчине Зачем вообще начали делать обрезание? Понятно. А почему продолжают делать теперь? Для чего...
Цефуроксим цена в аптеках Москвы, купить — Поиск лекарств
Цефуроксим По предзаказу 20 шт. В наличии 0 шт. По предзаказу 20 шт. В наличии 0 шт. По предзаказу 20...
Цианистый водород формула, класс опасности
Отравление синильной кислотой, симптомы и первая помощь Синильная кислота – это очень токсичный яд, отравление синильной кислотой приводит к летальному...
Цирроз печени симптомы, признаки, стадии и лечение заболевания
Цирроз печени: причины, симптомы и лечение заболевания Избыточное образование фиброзной ткани нарушает структуру печени и в конечном счете приводит к...
Adblock detector