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 Ca2+ и Mg2+
Строение ЦПМ
У большинства бактерий снаружи от ЦПМ есть особая структура – клеточная стенка (КС)
КС отсутствует у микоплазм (р. Mycoplasma)
ЦПМ – единственное мембранное образование бактерий, определяет ее жизнедеятельность
У бактерий нет мембран ядра, митохондрий, АГ и ЭПС
ЦПМ образована двумя слоями фосфолипидов (ФЛ) с комплексами белков
ФЛ есть во внешнем и внутреннем листке ЦПМ, холестерины отсутствуют
Белки ЦПМ
• В состав мембран входят белки и белковые комплексы
• Белки интегральные могут несколько раз пронизывать мембрану
• Белки гидрофобные – внутри мембран
• Белки гидрофильные – снаружи на поверхности мембран
• Белки периферические – находятся на мембране, не в цитоплазме – в основном, ферменты.
Жирные кислоты ЦМП бактерий
• ЖК состоят из 16-18 атомов углерода
• У бактерий, в отличие от эукариот, практически отсутствуют двойные (ненасыщенные) связи в ЖК
• Степень насыщенности ЖК определяет свойства бактериальных мембран
• У бактерий мембраны должны находиться в переходном подвижном состоянии, чтобы активно реагировать на воздействия извне
• Подвижное состояние мембран бактерий обеспечивает широкие температурные границы их существования
Функции ЦПМ
Строение ЦПМ определяет ее функции
ЦПМ - полифункциональная структура, вместилище различных ферментов.
Ферменты участвуют в самых различных процессах жизнедеятельности бактерий.
Все функции мембраны связаны и плавно перетекают друг в друга.
Условно выделим 5 групп функций ЦПМ
1. Регуляция осмотического давления - главный осмотический барьер.
2. Энергетическая функция.
3. Транспортная функция.
4. Сенсорная функция.
5. Регуляция деления бактериальной клетки.
Регуляция осмотического давления
1. Неспецифическая простая диффузия по градиенту концентрации без затраты энергии.
2. Облегченная диффузия – за счет фермента – субстрат-специфической пермеазы (транспортный белок) по градиенту концентрации не требует затрат энергии.
3. Активный транспорт - с участием специфических транспортных белков – пермеаз. В отличие от облегченной диффузии требуется затрата энергии.
Энергетическая функция
Система первичной протонной помпы или протондвижущая сила (ПДС) возникает:
1. В результате дыхания.
2. Источником может быть энергия света.
3. ПДС возникает за счет работы белкового комплекса АТФ-азы (включает 7 разных белков).
4. За счет ПДС протоны Н+ поступают внутрь клетки.
ПДС складывается за счет:
Электрического мембранного потенциала
Разности рН между наружной и внутренней сторонами мембраны.
Или тем и другим одновременно.
Процесс идет за счет энергии АТФ.
Другие варианты первичной помпы
Вместо протонов (Н+) могут работать другие ионы, например, K+, Na+.
K+ первичная помпа.
Na+ первичная помпа.
В этих случаях происходит поступление K+, Na+ за счет энергии АТФ.
Например: морские бактерии, термофилы, бактерии в рубце жвачных животных.
Т.о., ПДС может создаваться за счет разных ионов.
Транспортная функция ЦПМ
Бактерии могут существовать только во влажной среде, поглощая растворенные вещества.
Все вещества должны проходить через ЦПМ.
Перенос веществ через ЦПМ
• Существует несколько вариантов переноса веществ через ЦПМ:
• 1. Активный транспорт
• 2. Вторичная помпа
1. Первый вариант переноса - активный транспорт Участвуют специфические транспортные белки – пермеазы, отличаются друг от друга по ряду показателей: по степени сродства к субстрату, по специфичности к определенным веществам, по эффективности определения концентрации веществ в клетке и вне клетки
2. Второй вариант переноса-вторичная помпа при участии энергетического протонного потенциала – вторичной помпы.
В этом случае специфические белки катализируют перенос различных субстратов за счет ПДС.
Как и в случае первичной помпы это перенос, но различных веществ (не только ионов Н+, K+, Na+) в клетку за счет разности мембранного потенциала, обеспечивающего
1-й вариант вторичной помпы
• Унипорт – втягивание вещества отрицательным зарядом за счет разности потенциалов на мембране. Например, электрофоретический вариант переноса вещества.
2-й вариант вторичной помпы
• Синпорт– белок катализирует одновременный и однонаправленный перенос веществ (двух или сразу нескольких) вместе с протоном за счет ПДС. Например, Н+ и лактоза.
3-й вариант вторичной помпы
• Антипорт – белки вторичной помпы катализируют одновременный и встречный перенос двух различных веществ. Например, Н+ и иона Са+ или Na+.
Сенсорная функция ЦПМ
• Бактерии способны улавливать и определять малейшие изменения в окружающей среде
• Сенсорные системы бактерий похожи на подобные системы в клетках высших организмов.