Особенности внутреннего строения бактерий: цитоплазматическая мембрана, цитозоль и рибосомы, генетический аппарат

Внутреннее строение бактерий

Цитоплазматическая мембрана

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.

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).

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.

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:

1. ɑ-спираль.
2. Беспорядочный клубок.

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

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

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

Структурные элементы цитоплазмы — это:

• внутрицитоплазматические мембраны;
• рибосомы;
• генетический аппарат;
• включения.

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.

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.