Структура , химический состав и функции клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных прокариот. Бактериальные протопласты и сферопласты, L-формы бактерий.

Клеточная стенка. В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится небольшое количество полисахаридов, липидов, белков. Основным компонентом толстой клеточной стенки этих бактерий является многослойный пептидогликан (муреин, мукопептид), составляющий 40-90 % массы клеточной стенки. С пептидогликаном клеточной стенки грамположительных бактерий ковалентно связаны тейхоевые кислоты (от греч. teichos — стенка).

В состав клеточной стенки грамотрицательных бактерий входит наружная мембрана, связанная посредством липопротеина с подлежащим слоем пептидогликана. На ультратонких срезах бактерий наружная мембрана имеет вид волнообразной трехслойной структуры, сходной с внутренней мембраной, которую называют цитоплазматической. Основным компонентом этих мембран является бимолекулярный (двойной) слой липидов. Внутренний слой наружной мембраны представлен фосфолипидами, а в наружном слое расположен липополисахарид.

Функции клеточной стенки:

1. Обусловливает форму клетки.

2. Защищает клетку от механических повреждений извне и выдерживает значительное внутреннее давление.

3. Обладает свойством полупроницаемости, поэтому через нее избирательно проникают из среды питательные вещества.

4. Несет на своей поверхности рецепторы для бактериофагов и различных химических веществ.

Клеточная стенка бактерий может быть удалена без существенных изменений метаболизма. Такие «голые» клетки в зависимости от степени удаления стенки получили название протопластов, или сферопластов. Протопласты представляют собой сферической фермы структуры, у которых стенка удалена полностью. Сферопласты также имеют сферическую форму, но отличаются тем, что стенка у них частично сохраняется.

Протопласты обычно образуются из грамположительных бактерий, сферопласты - из грамотрицательных. Ho не исключена возможность получения протопластов и из грамотрицательных бактерий. Для этого необходимо предварительное разрушение наружной мембраны, что может быть достигнуто обработкой бактерий ЭДТА (этилендиаминтетроацетат), или другими агентами, растворяющими липополисахариды мембраны.

Различная степень удаления клеточной стенки у грамположительных и грамотрицательных бактерий в одних и тех же условиях является следствием различного химического состава и структурной организации их клеточных стенок.

Общим свойством протопластов и сферопластов является чрезвычайная чувствительность к осмотическому давлению среды. Они могут существовать только в гипертонических и изотонических растворах (0, 1-1, 0 M раствор сахарозы или хлористого натрия), в гипотонических растворах они подвергаются лизису.

В основе получения протопластов и сферопластов лежит воздействие на клеточную стенку веществами, блокирующими ее синтез или разрушающими пептидогликан (ригидный слой). К первым относятся антибиотики пенициллин, бацитрацин, ванкомицин, которые подавляют синтез пептидогликана, ко вторым - ферменты лизоцим, мутанолизин, лизостафин, оказывающие специфическое действие на гликозидные и пептидные связи пептидогликана

Протопласты и сферопласты обладают способностью к реверсии в исходные бактериальные фермы. Уровень зависит от физиологического состояния протопластирующих клеток. Наиболее эффективно ревертируют протопласты, полученные из бактерий, находящихся в ранней экспоненциальной фазе роста. Положительное влияние на реверсию протопластов оказывают добавление в регенерационную среду дрожжевого экстракта, сыворотки, аминокислот, входящих в состав клеточной стенки, а также замена агара желатиной в твердой среде.

L-формы — бактерии, частично или полностью лишённые клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию.

Все L-формы независимо от вида бактерий, из которого они возникли, обладают общими особенностями:

· Сходство морфологических изменений: образование нитевидных, волокнистых, колбасовидных, шаровидных и гранулярных форм.

· Сходные культуральные свойства: анаэробные или микроаэрофильные условия роста, потребность в холестерине и сывороточном белке, рост на плотных средах в виде колоний двух типов А и В Колонии типа А растут на поверхности агара, имеют очень мелкие размеры. Они состоят главным образом из гранулярных структур, лишённых клеточной стенки, и очень похожи на микоплазмы. Колонии типа В состоят из центральной зоны, врастающей в агар, и прозрачной фестончатой периферической зоны. Они похожи по внешнему виду на колонии типа " глазуньи", образуемые микоплазмами, но более крупные и грубые. В этих колониях обнаруживаются крупные тела, содержащие компоненты клеточной стенки, сходные со стенкой родительских бактерий, но лишённые ригидности. Многие бактерии могут образовывать колонии А и В типов, однако грамположительные бактерии чаще образуют колонии только типа А L-формы из колоний типа В легко ревертируют в исходные формы. Колонии типа А более стабильны и ревертируют в исходные формы значительно реже.

· Постепенное (по мере нарушения синтеза клеточной стенки) превращение из грамположительных в грамотрицательные структуры.

· Образование стабильных и нестабильных L-форм (в зависимости от степени полноты утраты способности синтезировать клеточную стенку.)

· Изменение антигенных свойств (утрата К- и О-антигенов, как следствие нарушения синтеза клеточной стенки).

· Снижение вирулентности по сравнению с исходными родительскими формами в связи с утратой различных факторов патогенности (адгезии, инвазии, эндотоксина и т.п)

· Способность длительно персистировать (переживать) в организме. Утрата клеточной стенки делает L-формы нечувствительными к различным химиопрепаратам и антителам.

· Способности при неполной утрате синтеза клеточной стенки возвращаться в исходную бактериальную форму

13. Цитоплазматическая мембрана – строение и функции. Производные ЦПМ и их функции (мезосомы, хроматофоры, тилакоиды, визикулы)

Цитоплазматическая мембрана составляет в зависимости от вида бактерий 8–15 % сухой массы клетки. Химический состав ее представлен белково-липидным комплексом, в котором на долю белков приходится 50–75 %, на долю липидов – 15–50 %. Главным липидным компонентом мембраны являются фосфолипиды. Белковая фракция цитоплазматической мембраны представлена структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Белковый состав цитоплазматической мембраны разнообразен. Цитоплазматическая мембрана бактерий по химическому составу в целом сходна с мембранами эукариотических клеток, но мембраны бактерий богаче белками, содержат необычные жирные кислоты и в основном не имеют стеринов. К строению цитоплазматической мембраны бактерий приложима жидкостно-мозаичная модель, разработанная для мембран эукариот. Согласно этой модели, мембрана состоит из бислоя липидов. Гидрофобные «концы» молекул фосфолипидов и триглицеридов направлены внутрь, а гидрофильные «головки» – наружу. В двойной слой липидов встроены

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

Цитоплазматическая мембрана выполняет ряд существенных для кле-

тки функций:

• поддержание внутреннего постоянства цитоплазмы клетки. Это достигается за счет уникального свойства цитоплазматической мембраны – ее полупроницаемости. Она проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не проницаема для ионизированных соединений.Транспорт таких веществ внутрь клетки и выход наружу осуществляется за счет специализированных транспортных систем, которые локализуются в мембране. Такие транспортные системы функционируют за счет механизмов активного транспорта и системы специфических ферментов пермеаз;

• с вышеуказанной особенностью (полупроницаемостью) цитоплазматической мембраны связана и функция транспорта веществ в клетку и вывод их наружу;

• в цитоплазматической мембране локализуются электронтранспортная цепь и ферменты окислительного фосфорилирования;

• цитоплазматическая мембрана связана с синтезом клеточной стенки и капсулы за счет наличия в ней специфических переносчиков для образующих их молекул;

• в цитоплазматической мембране закреплены жгутики. Энергетическое обеспечение работы жгутиков связано с цитоплазматической мембраной.

У прокариот, принадлежащих к разным таксономическим группам, обнаружены мезосомы, которые образуются при впячивании цитоплазматической мембраны в цитоплазму. Существуют разные точки зрения относительно роли мезосом в бак-

териальной 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 инициациии формирования поперечной перегородки при клеточном делении.

Хроматофоры (носители окраски) - этим именем можно назвать все окрашенные тела, заключающиеся в клетках растений, но специально им называются таковые, заключающиеся в клетках водорослей, в отличие от хлорофилльных зерен и хромопластов, заключающихся в клетках высших растений. В то время как у последних носители хлорофилла имеют столь постоянную форму, у водорослей форма их до крайности разнообразна; в этой группе встречается большое разнообразие хлорофиллоносного снаряда, причем самый совершенный представляют зеленые зерна, которые, начиная со мхов, мы встречаем у всех высших растений.

Функции тилакоидов. Светозависимые реакции фотосинтеза на тилакоидной мембране. В тилакоидах осуществляются следу светозависимые реакции фотосинтеза:

1. Светозависимое расщепление воды, в результате которого происходит синтез молекул кислорода;

2. Перенос протонов через тилакоидную мембрану, связанный с электронтранспортной цепью фотосистем и цитохромного комплекса b6f;

3. Синтез АТФ, выполняемый АТФ-синтазой с использованием протонного градиента

Везикула — это базисный инструмент клетки, обеспечивающий метаболизм и транспорт вещества, хранение ферментов также как настоящий химически инертный отсек. Также везикулы играют роль в поддержании плавучести клетки. Некоторые везикулы способны образовываться из частей плазматической мембраны.