Цитоплазматическая мембрана ( ЦПМ ) бактерии. Состав цитоплазматической мембраны бактерий. Транспортные системы. Мезосомы. Периплазматическое пространство.

Цитоплазматическая мембрана бактерий: ультраструктура, химический состав и функции.

ЦПМ- представляет собой бифосфолипидный-белковый слой с двойный слоем фосфолипидов и ассоциированных с ними белков. Липиды представлены ненасыщенными жирными кислотами, а не стеролами.

Мембрана обладает избирательной проницаемостью и в ней располагаются системы транспорта в и из клетки. ЦПМ образует впячивания в цитоплазму- мезосомы- увеличивая площадь мембраны и явл.

Стройматериалом, который используется при делении клетки(обр. поперечные перегородки)

Свойства: пластичность, текучесть, избирательная проницаемость.
Функции:
· Барьерная: поддержание постоянства внутренней среды клетки за счет избирательной проницаемости.
· Транспортная: перенос низко- и высокомолекулярных соединений в клетку и из нее, секреция макромолекул в окружающую среду, при участии специализированных транспортных белков.
· Защитная : препятствует проникновению в клетку вредных веществ, некоторых гидрофильных антибиотиков(аминогликзиды)
· Рецепторная: содержит белки- рецепторы, отвечающие за восприятие информации о состоянии окружающей среды и передачу сигнала.

· Энергетическая(функция митохондрий): в составе ЦПМ располагаются ферменты клеточного дыхания и окислительного фосфолирирования. Формирующийся в результате их работы трансмембранный электрохимический градиент используется бактерией для синтеза АТФ, а так же непосредственно для выполнения движения, транспорта веществ.

· Синтетическая(функция ЭПС и комплекса гольджи): созревание белков.
· Пищеварительная( функция лизосомы): в составе ЦПМ присутствуют гидролитические ферменты, участвующие в процессе питания и обеспечивающие расщепление олигомеров до мономеров на ее наружной поверхности.
· Цитокинетическая(функция клеточного центра): сегрегация(принудительное отделение) компонентов бактериальной клетки при делении.
Споры бактерий: ультраструктура, химический состав, функции и морфогенез.

Спорообразование у бактерий- процесс индуцибельный( непостоянный и зависит от определенных условий). споры- для переживания неблагоприятных условийокружающей среды, а не для размножения, как грибы. Спора- особая форма покоящихся клеток со сведенной к нулю метаболической активности. Из патогенных бактерий споры образуют бактерии рода Bacillusи Clostridium.

Спора образуется внутри вегетативной клетки и каждая вегетативная клетка образует одну спору. При благоприятных условиях одна спора дает начало одной вегетативной клетке. Спора может располагаться в клетке терминально, субтерминально и центрально.

Спорообразование начинается с образования спорогенной зоны внутри вегетативной клетке.

В этой части клетки вокруг нуклеоида происходит уплотнение цитоплазмы за счет снижения доли свободной воды, этот участок изолируется и инвагинируется внутрь клетки.

За счет этого процесса образуется двухслойная оболочка споры между наружным и внутренним слоем, в которой располагается кортекс— структура, сходная с пептидогликаном.

По химическому составуспора отличается от вегетативной клетки:
· В ней накапливается уникальная дипикалиновая кислота
· Накапливаются ионы кальция
· Накапливаются липиды и воска
· Минимально снижается кол-во воды
· Снижается кол-во рибосом и процесс метаболизма снижается до нуля.
Такое строение и химический состав обеспечивает спорам высокую устойчивость к температуре(погибают при 160), кислотам, щелочам, давлению, УФ, радиации.

Споры не окрашиваются по Грамму. Их выявляют по методу Ожешко, споры окрашиваются в красный цвет, а вегетативные клетки в синий.

Внутриклеточный паразитизм. Облигатные и факультативные внутриклеточные паразиты.

Бактерии можно разделить на две группы:
· Облигатные- могут жить и размножаться только внутри клетки хозяина. Условнопатогенные мутанты- утратили способность к синтезу некоторых своих компонентов (энергетические паразиты не могут синтезировать АФТ)- Chamidiaetrachomatis, chlamidofilaepneumonia, rikketsii, вольбахии- слоновая болезнь(паразитируют в червях)
· Факультативные- могут попадать в клетки организма человека(моноциты, макрофаги)- большинство возбудителей болезней человека.
Персистенция вирусов.
Вирус может длительно находиться без размножения, но переходит в репродукцию(ВИч и герпес)

Воздух как фактор распространения патогенных микроорганизмов. Показатели микробной загрязненности воздуха и микробиологические методы оценки санитарно- бактериологического состояния воздуха закрытых помещений.

Воздух- это среда, которая не поддерживает размножение микробов, потому что в воздухе отсутствуют питательные вещества, мало влаги, сильно выражено микробицидное действие лучей. Жизнеспособность обеспечивают взвешанные частицы воды и пыли.

Постоянная микрофлора- стрептококки, микрококки, сарцины, актиномицеты, плесневые грибы.

Воздушнокапельным путем передаются возбудители респираторных инфекций: вирусы гриппа,кори,краснухи, паротита, ветряной оспы; дизентерия, коклюш, туберкулез, пневмония.

Для оценки санитарномикробиологического состава используют:

1)микробное число- общее количество всех микробов в 1 см3 воздуха. Отражает общую обсемененность.

2) наличие санитарно-показательных бактерий- представителей микрофлоры дыхательных путей( золотистый стафилококк и гемолитический стептококк)

Для определения микробного числа воздуха в помещениях используют:

· Седиментационный метод- принцип осаждения. Две чашки петри с мясопептонным агаром оставляют открытыми на час, а потом помечают в термостат на 24 часа. 250 колоний- воздух чистый.

· Аспирационный метод- посев с помощью специального аппарата.
Понятия не имею что здесь написано, но должно быть правильно(Т.А)
Возбудители дерматомикозов.
Нейротропные вирусы
Цитоплазматическая мембрана бактерий: ультраструктура, химический состав и функции.

Стройматериалом, который используется при делении клетки(обр. поперечные перегородки)

Свойства: пластичность, текучесть, избирательная проницаемость.
Функции:
· Барьерная: поддержание постоянства внутренней среды клетки за счет избирательной проницаемости.
· Транспортная: перенос низко- и высокомолекулярных соединений в клетку и из нее, секреция макромолекул в окружающую среду, при участии специализированных транспортных белков.
· Защитная : препятствует проникновению в клетку вредных веществ, некоторых гидрофильных антибиотиков(аминогликзиды)
· Рецепторная: содержит белки- рецепторы, отвечающие за восприятие информации о состоянии окружающей среды и передачу сигнала.

· Синтетическая(функция ЭПС и комплекса гольджи): созревание белков.
· Пищеварительная( функция лизосомы): в составе ЦПМ присутствуют гидролитические ферменты, участвующие в процессе питания и обеспечивающие расщепление олигомеров до мономеров на ее наружной поверхности.
· Цитокинетическая(функция клеточного центра): сегрегация(принудительное отделение) компонентов бактериальной клетки при делении.

Строение клетки бактерий, характеристика цитоплазматической мембраны

Определение 1

Цитоплазматическая мембрана или ЦПМ — элемент структуры клетки, благодаря которому ее содержимое отделяется от клеточной стенки.

ЦПМ составляет от 8 до 15% от сухой массы клетки.

В клетках фототрофных, а в некоторых случаях и хемотрофных бактерий, есть внутрицитоплазматические мембраны. Это мембранные структуры, которые находятся в цитоплазме.

Цитоплазматическая мембрана представляет собой белково-липидный комплекс, состоящий из белков (от 50 до 70%), липидов (от 15 до 45%) и некоторого количества углеводов.
Белки и липиды составляют совокупно примерно 95% мембранного вещества.
Строение бактерии на рисунке ниже.

Цитоплазматическая мембрана ( ЦПМ ) бактерии. Состав цитоплазматической мембраны бактерий. Транспортные системы. Мезосомы. Периплазматическое пространство.

В качестве липидов в клетке присутствуют фосфолипиды. Но больше всего в строении клеток бактерий содержится гликолипидов. Липиды эубактерий — это производные глицерина, в которых содержатся остатки жирных кислот. Кислоты в большинстве случаев являются мононенасыщенными и насыщенными (16-18 атомов углерода).

Замечание 1

Состав мембранных липидов прокариот включает циклопропановые жирные кислоты. У мембранных эукариот их нет.

Ориентируясь на набор жирных кислот, можно определить вид бактерии.

Липиды мембран выполняют следующие функции:

обеспечивают механическую стабильность мембраны;
обеспечивают мембрану гидрофобными свойствами.

Чаще всего белки представлены ферментами. Аминокислотный состав схож с таким же составом клетки. Исключение — цистеин: в мембранах его почти нет, а иногда он вообще отсутствует.

Замечание 2

В составе гликопротеинов или гликолипидов есть углеводы клеточных мембран.

Липидами мембран образуются двойные слои. В этих слоях «головы» направлены наружу (им характерны гидрофильные свойства), а гидрофобные «хвосты» погружены в толщу мембраны.

Мембранные липиды некоторых бактерий, к примеру, термоацедофилов и метаногенов, образуют многослойную мембрану. Она жестче, чем бислойная мембрана.

Обычное состояние мембранных липидов при нормальной температуре — жидкостно-кристаллическое.
Благодаря жидкой структуре мембран процессы транспортировки веществ и электронов становятся проще, а также обеспечивается высокая эластичность мембран, поэтому они легко сжимаются, растягиваются и сливаются.
Есть два варианта структурной организации белков:

ɑ-спираль.
Беспорядочный клубок.

Также выделяют 3 группы белков с учетом особенностей связи с липидами и размещения в мембране:

Интегральные. Они отличаются тем, что пронизывают мембрану насквозь, а также могут быть полностью в нее погружены. Благодаря гидрофобным взаимодействиям, они прочно связаны с липидами.
Периферические. Погружены в гидрофобную область частично.
Поверхностные. Размещаются снаружи от гидрофобной области.

Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Функции цитоплазматической мембраны:

барьерная. Транслоказы выборочно переносят ионы, неорганические и органические молекулы;
каталитическая. В составе ЦПМ есть ферменты, которые ускоряют заключительные этапы синтеза липидов в мембране, а также компонентов клеточной стенки и др;
энергетическая. ЦПМ — место, где генерируется электро-химическая энергия;
интегрирующая;
участие в репликации и разделении хромосом.

Цитозоль и рибосомы

Определение 2

Цитоплазма — содержимое прокариотической клетки, которое окружено цитоплазматической мембраной: оно включает цитозоль и структурные элементы.

Определение 3

Цитозоль — часть цитоплазмы, гомогенной структуры, в которой содержатся различные растворимые РНК, субстраты, продукты метаболизма, ферментные белки.

Структурные элементы цитоплазмы — это:

внутрицитоплазматические мембраны;
рибосомы;
генетический аппарат;
включения.

Определение 4

Рибосомы — рибонуклеопротеиновые частицы, размер которых варьируется от от 15 до 20 нм.

Их количество бывает различное — от 5 до 90 тысяч. Конкретное число зависит от силы белкового синтеза. Доля рибосомальной РНК — 80-85% от всей РНК бактерии.

Рибосомы бактерий иногда называют 70S-частицами, поскольку им характерна константа седиментации 70S. В них содержится два вида субчастиц: 30S и 50S-субъединицы.

Полисомы или полирибосомы — агрегаты, состоящие из иРНК, тРНК и рибосом. Они могут находиться в цитоплазме или связываться с мембранными структурами.

Генетический аппарат

Генетический аппарат прокариот — это нуклеоид: ДНК в виде компактного образования. Оно обычно находится в центре цитоплазмы и не отделяется от нее при помощи мембраны. Диаметр нитей ДНК — примерно 2 нм.

Определение 5

Бактериальная хромосома — молекула ДНК в виде замкнутого кольца, которое удерживают ковалентные связи.

Хромосомы прокариот — высокоупорядоченная структура, обладающая константой седиментации 1300-2000S для свободной формы. Часть ДНК — это 20-100 суперспирализованные петли.

В молекуле ДНК прокариот много отрицательных зарядов. Это связано с тем, что все фосфатные остатки обладают ионизированной гидроксильной группой.

Диагностический признак и постоянный элемент этого вида бактерий — содержание пар оснований А+Т, Г+Ц.

Цитоплазматическая мембрана и ее производные. — КОНТРОЛЬНАЯ ПО МИКРОБИОЛОГИИ

Строение клеточной мембраны согласно жидкостно-мозаичной модели. Белки и гликопротеины погружены в двойнойслой липидных молекул, обращенных своими гидрофильными концами (кружки) наружу, а гидрофобными (волнистые линии) — в глубь мембраны

По расположению и характеру взаимодействия с липидным бислоем белки цитоплазматической мембраны подразделяются на поверхностные, периферические и интегральные.

Поверхностные и периферические белки слабо связаны с липидным компонентом мембраны и обладают ферментативной активностью.

Интегральные белки настолько тесно ассоциированы с молекулами липидов, что нередко только в присутствии липидов проявляют ферментативную активность.

Цитоплазматическая мембранаслужит осмотическим барьером клетки, контролирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, в ней содержатся субстратспецифические ферменты—пермеазы, осуществляющие активный избирательный перенос органических и неорганических молекул.

У прокариот, принадлежащих к разным таксономическим группам, обнаружены мезосомы, которые образуются при впячивании цитоплазматической мембраны в цитоплазму. Мезосомы бактерий разнообразны по форме, размерам и локализации в клетке. Выделяют три основных типа мезосом: ламеллярные (пластинчатые), везикулярные (имеющие форму пузырьков) и тубулярные (трубчатые).

В клетках некоторых бактерий обнаруживаются также мезосомы смешанного типа: состоящие из пластинок, трубочек и пузырьков. Сложно организованные и хорошо развитые мезосомы характерны для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий они встречаются значительно реже и относительно просто организованы.

По расположению в клетке различают мезосомы, образующиеся в зоне клеточного деления и формирования поперечной перегородки; мезосомы, к которым прикреплен нуклеоид; мезосомы, сформированные в результате инвагинации периферических участков цитоплазматической мембраны. Существуют разные точки зрения относительно роли мезосом в бактериальной клетке.

Согласно одной из них, мезосомы служат для усиления мембранзависимых функциональных активностей клетки, так как в мембранах, образующих мезосомы, находятся ферменты, участвующие в энергетическом метаболизме бактерий. Кроме того, считают, что мезосомы играют роль в репликации ДНК и последующем расхождении ее копий по дочерним клеткам.

Мезосомы участвуют в процессе инициации и формирования поперечной перегородки при клеточном делении. Развитая система внутрицитоплазматических мембран характерна для большинства фотосинтезирующих прокариот. Поскольку в этих мембранах локализован фотосинтетический аппарат клетки, они получили название фотосинтетических мембран.

Все фотосинтетические мембраны – производные цитоплазматической мембраны, возникшие в результате ее разрастания и глубокого впячивания (инвагинации) в цитоплазму. Фотосинтетические мембраны образуют у этих бактерий хроматофоры, тилакоиды и ламеллы.

Формирование внутрицитоплазматических мембранных систем в бактериальной клетке следует рассматривать как увеличение рабочей поверхности цитоплазматической мембраны, обеспечивающее усиление разнообразных клеточных функций.

Цитоплазматическая мембрана | справочник Пестициды.ru

Бактериальная клетка, как и любая другая клетка прокариот, имеет цитоплазму, окруженную цитоплазмотической мембраной. Цитоплазма и цитоплазматическая мембрана составляют протопласт. Снаружи от него располагаются поверхностные структуры. К ним относятся: клеточная стенка, капсулы, чехлы, слизистые слои, жгутики, ворсинки и прочие структуры[1].

Толщина цитоплазматической мембраны бактериальной клетки обычно составляет около 6–8 нм. На ее долю приходится до 15% сухой массы клетки[3].

Состоит ЦПМ из липидов (15–45%), белков (45–60%) и незначительного количества углеводов (около 10%)[3].

Липиды представлены фосфолипидами – до 30% сухой массы самой мембраны. Преобладают фосфатидилглицерин и дифосфатидилглицерин. В меньшем количестве представлены фосфатидилинозит и фосфатидилэтаноламин. Кроме того, обнаружены гликолипиды, каротиноиды, хиноны[3].

В составе липидов присутствуют нетипичные жирные кислоты (ненасыщенные и мононасыщенные), циклопропановые и разветвленные жирные кислоты. Набор жирных кислот и состоящих из них липидов для прокариот является видоспецифичным признаком[3].

Белки составляют половину и более сухой массы мембран. Их насчитывается более 20 типов. Они подразделяются на интегральные (погружены в гидрофобную область мембраны) и периферические (локализованы на поверхности гидрофильного слоя и часто прикреплены к интегральным белкам)[3].

Углеводы в мембране взаимосвязаны с белками и липидами. Они обычно локализованы только на наружной поверхности и выполняют функции рецепторов опознавания факторов внешней среды[3].

Цитоплазматическая мембрана бактерий, как и все прочие биологические мембраны, является асимметричной жидкокристаллической структурой. Ее асимметрия обусловлена химическим строением молекул белка и их расположением в липидном слое.

Одни белки располагаются на поверхности, другие – погружены в него, третьи проходят насквозь от внутренней до внешней поверхности бислоя.

Строго определенная ориентация мембранных белков обусловлена их синтезом и асимметричным включением в мембрану[3].

Наружная и внутренняя поверхности ЦПМ различаются по ферментативной активности[3].

В зависимости от условий окружающей среды, в частности от температуры, ЦПМ находится в различных фазовых состояниях: разжиженном или кристаллическом. При переходе из одной фазы в другую меняется подвижность компонентов мембраны, плотность ее упаковки. Это может приводить к нарушениям в функциональной активности ЦПМ[3].

Цитоплазматическая мембрана выполняет ряд существенных для клетки функций:

Поддержание внутреннего постоянства цитоплазмы клетки, что достигается за счет полупроницаемости ЦПМ. Она проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не проницаема для ионизированных соединений[1].
Транспорт ионизированных веществ внутрь клетки и выход их наружу. Это осуществляется за счет специальных транспортных систем, локализирующихся в мембране. Такие системы функционируют за счет механизмов активного транспорта и системы специфических ферментов пермеаз[1].
Транспорт веществ в клетку и вывод их наружу, что так же связано с полупроницаемостью ЦПМ[1].
Локализация электротранспортной цепи и ферментов окислительного фосфорилирования[1].
Синтез клеточной стенки и капсулы, что происходит за счет наличия в ЦПМ специфических переносчиков для образующихся молекул[1].
Закрепление и энергетическое обеспечение работы жгутиков[1].

Составитель: Григоровская П.И.

Страница внесена: 11.12.20 15:39

2. Строение клеточной стенки и цитоплазматической мембраны

2. Строение клеточной стенки и цитоплазматической мембраны
Клеточная стенка – упругое ригидное образование толщиной 150–200 ангстрем. Выполняет следующие функции:
1) защитную, осуществление фагоцитоза;
2) регуляцию осмотического давления;
3) рецепторную;
4) принимает участие в процессах питания деления клетки;
5) антигенную (определяется продукцией эндотоксина – основного соматического антигена бактерий);
6) стабилизирует форму и размер бактерий;
7) обеспечивает систему коммуникаций с внешней средой;
8) косвенно участвует в регуляции роста и деления клетки.
Клеточная стенка при обычных способах окраски не видна, но если клетку поместить в гипертонический раствор (при опыте плазмолиза), то она становится видимой.
Клеточная стенка вплотную примыкает к цитоплазматической мембране у грамположительных бактерий, у грамотрицательных бактерий клеточная стенка отделена от цитоплазматической мембраны периплазматическим пространством.
Клеточная стенка имеет два слоя:
1) наружный – пластичный;
2) внутренний – ригидный, состоящий из муреина.
В зависимости от содержания муреина в клеточной стенке различают грамположительные и грамотрицательные бактерии (по отношению к окраске по Грамму).

У грамположительных бактерий муреиновый слой составляет 80 % от массы клеточной стенки. По Грамму, они окрашиваются в синий цвет. У грамположительных бактерий муреиновый слой составляет 20 % от массы клеточной стенки, по Грамму, они окрашиваются в красный цвет.

У грамположительных бактерий наружный слой клеточной стенки содержит липопротеиды, гликопротеиды, тейхоевые кислоты, у них отсутствует липополисахаридный слой. Клеточная стенка выглядит аморфной, она не структурирована. Поэтому при разрушении муреинового каркаса бактерии полностью теряют клеточную стенку (становятся протопластами), не способны к размножению.

У грамотрицательных бактерий наружный пластический слой четко выражен, содержит липопротеиды, липополисахаридный слой, состоящий из липида А (эндотоксина) и полисахарида (О-антигена). При разрушении грамотрицательных бактерий образуются сферопласты – бактерии с частично сохраненной клеточной стенкой, не способные к размножению.

К клеточной стенке прилегает цитоплазматическая мембрана. Она обладает избирательной проницаемостью, принимает участие в транспорте питательных веществ, выведении экзотоксинов, энергетическом обмене клетки, является осмотическим барьером, участвует в регуляции роста и деления, репликации ДНК, является стабилизатором рибосом.

Имеет обычное строение: два слоя фосфолипидов (25–40 %) и белки.
По функции мембранные белки разделяют на:
1) структурные;
2) пермиазы – белки транспортных систем;
3) энзимы – ферменты.

Липидный состав мембран непостоянен. Он может меняться в зависимости от условий культивирования и возраста культуры. Разные виды бактерий отличаются друг от друга по липидному составу своих мембран.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Строение
Колибри образуют весьма цельное семейство Trochilidae. Они малы; самые крупные – не больше ласточки, самые мелкие – крошечные создания, не крупнее шмеля. Они отличаются очень коротенькими ножками и маленькими лапками, очень длинными острыми крыльями, длинным тонким

Строение ВТМ

Строение ВТМ
Вирус табачной мозаики изучен гораздо лучше других вирусов. Его размеры и форма нам уже хорошо известны. Но каково внутреннее строение частицы этого вируса?Рибонуклеиновая кислота находится в вирусной частице в виде простых спиралей, которые скрыты в

КЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ

КЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ
1. Выберите один наиболее правильный ответ.Клетка – это:A. Мельчайшая частица всего живогоБ. Мельчайшая частица живого растенияB. Часть растенияГ. Искусственно созданная единица для

§ 8. Заряды мембраны нервных клеток

§ 8. Заряды мембраны нервных клеток
Однако основные свойства нервной системы обусловлены способностью быстро реагировать на изменение ситуации внутри или вне организма. Скоростные процессы не могут осуществляться по медленным гуморальным законам, они происходят по

Порочные круги во внутриклеточных системах как основа клеточной патологии

Порочные круги во внутриклеточных системах как основа клеточной патологии
Вводные замечания можно распространить и на порочные потенциально патогенетические круги во внутриклеточных системах. Следует сказать, что в клетке труднее, чем в физиологических системах,

Глава 1. Строение мозга

Глава 1. Строение мозга
Мозг человека – самый сложный и загадочный орган тела. Для того чтобы его понять, человечеству пришлось потратить несколько столетий, но чем дальше мы продвигаемся в изучении, тем больше возникает новых вопросов. По большому счету, мозг

Глава 9. Биологические мембраны

Глава 9. Биологические мембраны
Клетка представляет биологическую систему, основу которой составляют мембранные структуры, отделяющие клетку от внешней среды, формирующие ее отсеки (компартменты), а также обеспечивающие поступление и удаление метаболитов, восприятие и

Строение АТФ-синтазы

Строение АТФ-синтазы
АТФ-синтаза – интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи и обозначается как V комплекс. АТФ-синтаза состоит из 2 субъединиц, обозначаемых как F0 и F1. Гидрофобный комплекс F0

Проникающие раны грудной стенки (Vulnera thoracis perforanta)

Проникающие раны грудной стенки (Vulnera thoracis perforanta)
Они могут быть огнестрельного происхождения (чаще возникают во время охоты) или от действия острыми предметами. Ранящие предметы могут повреждать не только плевру и легкие, но и сердце, аорту, пищевод, диафрагму. В виде

Строение зуба

Строение зуба
Зубы – органы ротовой полости, выполняющие различные функции, главной из которых является механическая обработка корма. Общий план структуры зубов характерен для обеих генераций (молочной и постоянной). Анатомически в зубе различают коронку, шейку и

5.5. О значении элементов случайности на разных этапах клеточной эволюции

5.5. О значении элементов случайности на разных этапах клеточной эволюции
Мы рассмотрели основные этапы химической, предклеточной и клеточной эволюции вплоть до формирования эукариотических клеток, основавших царства животных и растений. Это сделано, в частности, для

4.2. Возникновение клеточной организации

4.2. Возникновение клеточной организации
Учеными было доказано, что после испарения воды из реакционного объема в амфифильных липидоподобных и липидных молекулах формируются жидкокристаллические агрегаты, в которых молекулы расположены периодическими слоями, как в

Глава 9. Мембраны и биохимия

Глава 9. Мембраны и биохимия
Электронный микроскоп показал, что биохимические реакции в живой клетке протекают с активным участием мембранных процессов. Это заключение относится и к нервной, и к глиальной клетке, и к внутриклеточным органеллам.Следует признать, что

Цитология микроорганизмов

Клетки микроорганизмов по принципу клеточной организации могут быть двух типов – прокариотические и эукариотические. Простейшие, микроводоросли и низшие грибы относятся к эукариотам, а бактерии и археи являются прокариотами.

У прокариот наследственный материал (нуклеоид) представлен, как правило, кольцевой молекулой ДНК, соответствующей одной хромосоме. Эукариоты имеют окруженное ядерной мембраной ядро, содержащее набор хромосом.

Внутреннее пространство эукариотической клетки разделено на компартменты разветвленной сетью мембран эндоплазматического ретикулума (ЭПР). У прокариот разрастания ЦПМ внутрь клетки значительно менее выражены. Эукариоты содержат органеллы, отделенные от цитоплазмы собственными мембранами.

В прокариотической клетке структуры, участвующие в дыхании и фотосинтезе, локализованы в цитоплазматической мембране (ЦПМ) или ее выростах. Рибосомы прокариот свободно лежат в цитоплазме, тогда как эукариотические рибосомы имеют более сложное строение и могут быть прикреплены к мембранам эндоплазматической сети.

У прокариот отмечено широкое распространение такого компонента клеточных стенок как сетчатый полисахарид пептидогликан (муреин). В клетках эукариот он никогда не встречается. В целом для прокариот характерно более простое устройство клетки.

Прокариотические клетки могут транспортировать из окружающей среды только растворенные в воде соединения, в то время как некоторые эукариоты способны осуществлять поглощение твердых веществ и капель жидкостей, несмешивающихся с водой. Процессы деления у эукариот сложнее, чем у прокариотических клеток.

В то же время прокариоты обладают значительно более широкими метаболическими возможностями. Они способны получать энергию, окисляя восстановленные неорганические соединения, осуществлять фотосинтез без выделения кислорода, использовать атмосферный азот в конструктивном метаболизме и образовывать метан в процессе жизнедеятельности.

Ряд отличительных особенностей эукариот и прокариот приведен в табл.1.

Таблица 1.

Некоторые отличительные признаки эукариот и прокариот.

Признак	Прокариоты	Эукариоты
Наименьший размер клетки — 0,05 мкм	+	—
Наличие оформленного ядра	—	+
Наличие автономных органелл	—	+
Рибосомы распределены в цитоплазме	+	+
Рибосомы прикреплены к ЭПР	—	+
Жгутики (если есть) диаметром 0,01-0,02 мкм	+	—
Жгутики (если есть) диаметром около 0,2 мкм	—	+
Число хромосом	1-2	>1
Кольцевая хромосома	+	—
Линейные хромосомы	-(+)	+
Рибосомы с константой седиментации 70S	+	—
Рибосомы с константой седиментации 80S	—	+
Константы седиментации рибосомальной РНК: 5S, 16S, 23S	+	—
Константы седиментации рибосомальной РНК: 5S, 5,85S, 18S, 28S	—	+
Присутствие пептидогликана	+(-)	—
Клеточное деление происходит в результате митоза	—	+
Возможность мейоза	—	+
Перенос генов и рекомбинация включают гаметогенез и образование зиготы	—	+
Возможность латерального (горизонтального) переноса генов	+(-)	—
Диффузия или транспорт веществ через мембрану	+	+
Эндоцитоз	—	+
Дыхательный и фотосинтезирующий аппарат ассоциирован с ЦПМ или ее выростами	+	—
Способность к хемолитотрофии	+	—
Способность к фиксации молекулярного азота	+	—
Способность к метаногенезу	+	—
Способность к аноксигенному фотосинтезу	+	—

↑Внутренние структуры прокариотической клетки

В прокариотической клетке различают две области – цитоплазму и ядерную зону. Цитоплазма представляет собой сложную смесь участвующих в метаболизме и инертных соединений, а также является местом ферментативных реакций. В цитоплазме прокариот лежат рибосомы.

Они меньше рибосом эукариотической клетки, но сходны с рибосомами ее органелл. Цитоплазма может содержать включения и запасные вещества. Включения – это различные мембранные пузырьки, трубочки, плоские мешочки, образованные инвагинациями цитоплазматической мембраны.

К таким структурам относят мезосому, точные функции которой до сих пор неясны. Считается, что она может играть роль в делении клетки, образуя септу, а затем и поперечную перегородку, а также служить местом прикрепления микробной хромосомы, участвуя в репликации и последующем расхождении дочерних клеток.

Мезосомы могут также принимать участие в процессах секреции. Однако некоторые исследователи считают, что мезосома – это артефакт, возникающий при фиксации клеток для электронной микроскопии.

Многие фототрофные, нитрифицирующие и метанокисляющие микроорганизмы имеют развитую сеть внутрицитоплазматических мембран, совершенно отличную от мезосом. Для прокариот характерно, что вся эта система представляет собой выросты ЦПМ и всегда с ней связана.

В некоторых клетках содержатся сигарообразные газовые вакуоли (аэросомы), окруженные белковой оболочкой и выполняющие у водных организмов роль регуляторов плавучей плотности.

У микроорганизмов, использующих углекислый газ как источник углерода, могут присутствовать карбоксисомы, являющиеся вместилищами ключевого фермента цикла Кальвина. Карбоксисомы покрыты тонкой мембраной белковой природы.

Некоторые спорообразующие бактерии (например, Bacillus thuringiensis) могут содержать параспоральные тельца белковой природы, токсичные для отдельных видов насекомых.

Многие микроорганизмы откладывают внутриклеточно различные запасные вещества (полисахариды, поли-β-гидроксибутират, полифосфаты, сера и др.). Все запасные вещества присутствуют в клетке в химически инертной форме.

В 1956 г внутри бактериальных клеток была обнаружена «ядерная зона», или нуклеоид, где размещена бактериальная хромосома.

В середине 60-х годов было установлено состояние суперскрученности бактериальной ДНК, а затем в течение 10 лет были обнаружены ферменты, которые отвечают за ее сверхспирализацию и раскручивание (топоизомеразы, гиразы).

В 70-х годах стало возможным выделение компактной формы тотальной ДНК из клеток бактерий.

По представлениям молекулярной биологии прокариотическая хромосома содержит в своем составе большие молекулы ДНК как носители генетической информации, молекулы иРНК, транскрибируемые с определенных генов, и набор обслуживающих белков-ферментов. Они выполняют функции репарации, участвуют в репликации и транскрипции, а также скручивают и правильно складывают ДНК внутри клетки.

Прокариотическая ДНК обнаружена в кольцевой и линейной формах. ДНК в виде кольцевой молекулы присутствует у большинства прокариот.

У значительного количества микроорганизмов наряду с основной хромосомой обнаружены плазмиды. Это кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, которые могут существовать и реплицироваться как независимо от бактериальной хромосомы, так и быть интегрированными в нее.

Плазмиды не являются обязательным для клетки элементом, хотя могут давать определенные преимущества.

Известно, что плазмиды могут нести гены устойчивости к антибиотикам, тяжелым металлам, различным лекарственным препаратам, гены факторов патогенности, гены, определяющие дополнительную метаболическую активность.

↑Цитоплазматическая мембрана прокариот, ее строение и свойства

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 всех клеток построены по одному принципу и состоят из простых фосфолипидов, образующих мембранный бислой, куда погружены многочисленные белки.

Большинство биологических мембран имеют толщину от 4 до 7 нм.

При контрастировании тяжелыми металлами все клеточные мембраны, просматриваемые в просвечивающем электронном микроскопе, похожи друг на друга и имеют вид трехслойных образований с двумя внешними темными электронноплотными слоями, показывающими положение полярных (головных) групп липидов, и светлым средним слоем гидрофобного внутреннего пространства.

ЦПМ обладает избирательной проницаемостью, препятствуя свободному продвижению большинства веществ внутрь и из клетки, и 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.

ЦПМ осуществляет транспорт питательных веществ внутрь клетки и продуктов метаболизма из клетки. Обычно прокариоты имеют значительное число очень специфических транспортных систем.

Для переноса структурных компонентов клеточной поверхности и других секретируемых факторов мембрана содержит экспортную систему. В мембране прокариот сосредоточены многие метаболические процессы.

ЦПМ играет значительную роль в движении, росте и делении клеток.

Химический состав и строение клеточной стенки — важный систематический признак, по которому все прокариоты подразделяются на следующие группы: грамположительные, грамотрицательные и не имеющие клеточной стенки. В отличии от бактерий археи не синтезируют пептидогликан, но некоторые из них образуют псевдомуреин.

Грамположительные бактерии содержат в клеточной стенке до 40 раз больше муреина (пептидогликана) по сравнению с грамотрицательными, однако у них отсутствует внешняя мембрана. Клеточная стенка – это высокоорганизованная клеточная структура, выполняющая множество функций. Она противостоит высокому осмотическому давлению и определяет форму клетки.

У бактерий основным опорным элементом клеточной стенки является пептидогликан (муреин), формирующий замкнутый мешок. Этот сетчатый гетерополисахарид состоит из цепей двух чередующихся аминосахаров — N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, сшитых между собой β-1,4-гликозидными связями. Полисахаридные цепи связаны поперечными пептидными мостиками.

Некоторые археи содержат аналогичный по архитектуре биополимер (псевдомуреин), состоящий из других исходных материалов.

Из-за разницы в структуре клеточных стенок микроорганизмы по-разному выглядят на препаратах при способе окраски, предложенном датским микробиологом Хансом Грамом: грамположительные удерживают генцианвиолет при обработке спиртом, а грамотрицательные обесцвечиваются.

Типичные грамположительные микроорганизмы формируют толстый, многослойный муреиновый мешок (20-50 нм). Грамотрицательные бактерии обладают более сложной клеточной оболочкой, имеющей внешнюю мембрану, состоящую из двух неодинаковых слоев. Ее внутренний слой составлен фосфолипидами, а внешний – липополисахаридами (ЛПС).

ЛПС образуют на поверхности клетки отрицательный заряд и часто являются токсичными. Они имеют сложное химическое строение и обладают антигенными свойствами. По сравнению с ЦПМ внешняя мембрана более инертна метаболически и содержит меньше белков.

Эти белки обеспечивают транспорт различных веществ, участвуют в сборке поверхностных структур и конъюгации, способствуют экскреции ферментов в окружающую среду. Внешняя мембрана содержит белки-порины, формирующие поры.

ВМ обладает избирательной проницаемостью и участвует в контакте клеток между собой и с поверхностью неживых предметов. Она удерживает ряд внешних структурных образований, например, пили.

Между цитоплазматической и внешней мембранами возникает уникальное образование, называемое периплазматическим пространством (периплазмой). Муреиновый мешок встроен в периплазму и состоит всего лишь из одного слоя (~3 нм толщиной).

Наличие дополнительного барьера проницаемости в виде внешней мембраны позволяет уменьшить толщину муреинового слоя и дает возможность эффективно использовать ценные продукты метаболизма муреина, которые накапливаются в периплазматическом пространстве клетки при ее росте

На поверхности прокариотической клетки часто присутствуют нитевидные образования белковой природы (пили, или фимбрии). Они отвечают за прикрепление клетки к неживому объекту и к другой клетке, помогают принимать и передавать ДНК при конъюгации, служат акцепторами бактериофагов.

Размер пилей варьирует от 0,1 до 20 мкм в длину и от 2 до 11 нм в диаметре. Встречаются пили различной архитектуры: от тонких нитевидных до толстых прочных палочкообразных с осевыми отверстиями. Пили могут располагаться перитрихиально или только на конце клетки. Одна клетка может иметь фимбрии разных типов.

Поверх клеточных стенок многих прокариот можно обнаружить слизистые капсулы и чехлы разной толщины. Чаще всего их основой являются полисахариды, реже — гликопротеиды и полипептиды. Капсулы в отличие от чехлов имеют значительную толщину и состоят из более диффузного материала.

Поверхность колоний клеток с капсулами выглядит гладкой, влажной и блестящей. Основная роль капсул для патогенных видов – предохранение клетки от узнавания и поглощения фагоцитами. Считается также, что капсулы играют защитную роль, затрудняя диффузию вредных веществ из окружающей среды и способствуя сохранению влаги при высушивании.

Материал капсулы может быть долговременным запасом питательных веществ в условиях голодания.

У некоторых прокариот обнаружены регулярно структурированные S-слои, выстилающие наружную поверхность клеточной оболочки равномерно упакованными белковыми образованиями правильной формы.

У грамотрицательных бактерий S-слои прилегают непосредственно к внешней мембране, у грамположительных – ассоциированы с поверхностью пептидогликана. S-слои защищают клетку от флуктуаций рН и резких изменений концентраций каких-либо ионов, осмотического стресса, от действия ферментов или бактерий-хищников вроде Bdellovibrio.

Наличие S-слоя у патогенного микроорганизма повышает его вирулентность, так как помогает ему справиться с атакой комплемента и избежать фагоцитоза.