Introducere, structura și funcția membranei celulare - dezintegrarea ca instrument de vizat

Pentru metabolit nu se acumulează în mediu, în condiții normale, în cantități apreciabile, de multe ori necesita tehnici speciale de efecte radicale asupra celulelor. Esența acestor metode este „dezorganizarea“ a sistemelor celulare în mod normal de funcționare pentru izolarea site-urilor lor individuale. O modalitate de astfel de întrerupere este deteriorare a unui grad mai mare sau mai mic de celule microbiene prin uscare simplu de dezintegrare profundă a structurilor celulare.

Dezintegrarea - acest proces de deteriorare ireversibilă a integrității anatomice a celulelor. Din punct de vedere practic este necesară și suficientă pentru ruperea peretelui celular, care pot fi cauzate de diverși factori dăunătoare: fizice, mecanice, chimice, enzimatice, biologice. În condiții naturale, celule și sisteme de dezintegrare celulară cauzate intracelular (intern) și cauze externe. Motivele interne includ factori de natură genetică. Diferitele influențe externe includ fizice, fizico-chimice, chimice și factorii biologici. Mai mult, oricare dintre acești factori în intensitate și durată suficientă poate fi un dezintegrant. Cauzată de acțiunea factorilor de dezintegrare internă de obicei definit ca fiind naturale.

Odata cu dezintegrarea naturala este artificială (forțată) dezintegrare. Ultima folosit intenționat de către om și este adesea folosit în activitatea științifică și industrială.

Astfel, obiectivul principal este de a extrage dezintegrarea structurilor active, funcțional și biopolimeri.

Acum este posibil să se identifice trei domenii de aplicare în practică a metodelor de dezintegrare artificială a sistemelor celulare:

1. Dezintegrarea biomasei (animale, plante, microbiene) pentru producția de produse alimentare, furaje și utilizări industriale.

2. Dezintegrarea ca metodă de sterilizare și inactivarea sistemelor vii.

3. Dezintegrarea ca instrument de perturbare țintită a celulelor și a structurilor celulare.

1. Structura celulei

Celula bacteriană (Fig. 1) este format din peretele celulei, membrana citoplasmatică, citoplasmatică și aparatul incluziunilor nuclear numit nucleoid. Există și alte structuri: mesosoma, cromatofori, tilacoid, vacuole, includerea de polizaharide, picături de grăsime, capsula (microcapsulă, mucus), flageli si de baut. Unele bacterii pot forma spori.

Fig. Structura 1.Shema a celulei bacteriene

1 - membrana celulară; 2 - citoplasmă; 3 - membrană citoplasmatică; 4 - substanță nucleară; 5 - ribozomului; 6 - picăturile grase; 7 - mesosoma; 8 - capsule; 9 - granule de polizaharide; 10 - flageli.

Peretele celular al bacteriilor Gram pozitive conține o cantitate mică de polizaharide, lipide, proteine. Componenta principală a peretelui celular al acestor bacterii este peptidoglican stratificate (murein, mucopeptidelor) constituind 40--90% din masa peretelui celular. Cu peretele celular peptidoglican de bacterii Gram-pozitive de acid teicoic bacterian este legat covalent (de teichos grecești -. Wall).

Compoziția peretelui celular al bacteriilor Gram-negative includ lipoprotein membranei exterioare asociată cu subiectul prin intermediul stratului de peptidoglican. Pe secțiunile ultrasubțiri cu membrana bacteriană exterioară are o formă ondulată o structură cu trei straturi similară cu membrana internă, numită citoplasmatică. Componenta principală a acestor membrane este bimolecuă stratul lipidic (dublu). Stratul interior conține fosfolipidele membranei externe, iar în stratul exterior este lipopolizaharide (LPS). Proteinele matrice ale membranei exterioare se permeat, astfel încât molecula de proteină este mărginită pori hidrofili prin care apa și moleculele hidrofile mici.

Când încălcarea sintezei peretelui celular bacterian, celulele formate în ea cu modificate (adesea sferice) de forma: protoplaștii - bacterii, complet lipsite de peretele celular; sferoplaștii - cu parțial păstrat peretele bacteriilor celulare. Bacteriile sfero- sau tip de protoplaști, pierderea capacității de a sintezei peptidoglicanului sub influența antibioticelor sau a altor factori, și sunt capabili să se reproducă, numite L-forme. Acestea sunt celule osmotic sensibile, sferice, în formă de con de diferite dimensiuni, inclusiv trecerea printr-un filtru bacterian. Unii L-formă (instabilă) atunci când îndepărtați factorii care conduc la modificări în bacteriile pot fi inversate, „înapoi“ la celula bacteriană inițială.

Între membrana citoplasmatică exterior și este spațiul periplasmic sau periplasmei conținând enzime (proteaze, lipaze, fosfataze, nucleaze, beta laktomazy) și componente ale sistemelor de transport.

membrană citoplasmatică prin microscopie electronică a secțiunilor ultrasubțiri unei membrane cu trei straturi (2 grosime a stratului de culoare închisă 2,5 nm separat lumina - intermediar). Conform structurii este similară cu plasmalema celulelor animale și constă dintr-un strat dublu de fosfolipide cu suprafață încorporat, precum și proteine ​​integrale cum ar pătrunde prin structura membranei. Dacă creșterea excesivă (în comparație cu creșterea peretelui celular) citoplasmatic membrane intussusceptum - invaginarea ca structuri de membrane răsucite dure numite mesosoma. Structura răsucită mai puțin complicate numite membrane intracitoplasmatice.

Citoplasmatică constă din proteine ​​solubile, acizi ribonucleic, și numeroase incluziuni mici granule - ribozomii, responsabil pentru sinteza (traducere) a proteinelor. bacteriile ribozomii au o dimensiune de aproximativ 20. ribozomale ARN (ARNr) - elemente conservatoare bacterii ( „ceas molecular“ evoluție).

Citoplasma are diverse includerea în polizaharide sub formă de glicogen granulare, acidul și polifosfați-beta hidroxibutiric (volutin). Acestea sunt substanțe de rezervă pentru nevoile nutriționale și de energie ale bacteriilor. afinitate Volutin pentru vopselele de bază și ușor detectată prin metode de colorare speciale (de exemplu, Neisseria) sub formă de granule metacromatice. Dispunerea caracteristică a granulelor este detectată în bacilul difteric volutin intens ca poli de celule colorate.

Nucleoid - nucleu echivalent în bacterii. Acesta este situat în zona centrală a bacteriilor în formă de ADN dublu catenar, închis într-un inel și strâns pus ca o bobina. bacterii Kernel, în contrast cu eucariotelor, nu are nici o membrană nucleară, nucleoli și proteinele bazice (histone). De obicei, în cromozomul celulei bacteriene conține una în inelul închis este o moleculă de ADN.

Mai mult nucleoid reprezentat de un cromozom într-o celulă bacteriană sunt factori ereditate extracromozomial - plasmidic reprezentând DNA covalent inel închis.

· Capsula, microcapsulei, slime

Capsula - grosime mucoase mai mare de 0,2 microni, ferm legat la peretele celular al bacteriilor și având o granițele exterioare clar definite. Capsule perceptibil în frotiuri din materialul patologic. In culturi pure de bacterii capsule este format rar. Este detectată atunci când tehnici speciale de colorare frotiu (de exemplu, Burri-Hins) creând o capsulă negativă substanțe opacifiere de cerneală creează un fundal întunecat în jurul capsulei. Capsula constă din polizaharide (exopolizaharide), uneori de polipeptide, de exemplu, antrax bacilul consta din acidul polimer-D-glutamic. Capsula hidrofil, previne fagocitoza bacteriilor. antigen capsulei: anticorp împotriva capsulei provocând creșterea acestuia (quellung). Multe bacterii produc microcapsule - grosime formarea mucoasă mai mică de 0,2 microni, detectabil doar prin microscopie electronică. Din capsula de a fi distins de mucus - exopolizaharidelor mucoide fără limite clare. Mucusul este solubil în apă. exopolizaharidelor bacteriene sunt implicate în adeziunea (adeziune la substrat), numit glycocalyx.

In plus sinteza exopolizaharide de bacterii, există un alt mecanism pentru formarea lor: enzime extracelulare prin acțiunea bacteriilor pe dizaharide.

Bacteriene motilitatea flageli determina celula bacteriană. Flageli sunt fire subțiri care provin din membrana citoplasmatică, sunt mai mari în lungime decât celula în sine. Flageli grosime 12-20 nm, lungime 3-15 microni. Ele constau din trei părți: un filet elicoidal, organismul bazală și cârlig cuprinzând o tijă cu discuri speciale (1 discuri pereche - în discuri Gram-pozitive și două perechi - în bacterii Gram-negative). flageli Disk atașat la membrana citoplasmatică și peretele celular. Acest lucru creează efectul unui motor electric cu arbore motor, flagellum rotativ. Flageli constau din proteine ​​- flagellin (de la flagellum - flagellum). subunitățile Flagellin sunt răsucite într-o spirală.

Numărul de flagele la bacterii din specii diferite variază de la un (monotrih) Vibrio cholerae la zeci și sute de flageli care se extind de-a lungul perimetrului de bacterii (peritrih) în E. coli, Proteus și altele. Lofotrihi au fascicul de flagele la un capăt al celulei. Amfitrihi au un flagellum sau flagele fascicul de la capetele opuse ale celulei.

Pili (fimbrii, vilozităților) - formațiuni filamentare, mai subțire și mai scurt (3-10nm x 0, 3-10mkm). decât flageli. Pili departe de suprafața celulară și sunt compuse din proteina pilină, având activitate antigenică. Distinge băut responsabil pentru adeziune, adică pentru atașarea bacteriană a infectează o celulă, precum și consumul responsabil pentru nutriție, sex și schimb de sare (F-băut), bea sau conjugare. O trăsătură distinctivă este sexul interacțiune Pilii cu „masculin“ fagi sferice specifice care adsorbite intens pe pilyah genitale.

Sporii - bacterii latente formă particulară firmikutnyh, adică Gram-pozitive de celule bacterii structura de tip perete. Sporii sunt produse în condiții nefavorabile pentru existența bacteriilor (uscare, deficit de nutrienți, și altele. În interiorul celulelor bacteriene format un litigiu (endosporilor). Formarea Spore contribuie la păstrarea formei și nu modul de reproducere, cum ar fi fungi. Bacterii din genul Bacillus sporilor formatoare sunt dispute care nu depășesc . diametrul celulei bacterii, în care contestă mărimea diametrului celulelor, numite clostridii, cum ar fi bacteriile din genul Clostridium (lat Clostridium -. spindle). contestă rezistenta la acizi, astfel încât pata Metoda Aujeszky sau prin Ziehl-Nielsen în eritrocitar și vegetativă în albastru.

Aparatul și funcția membranei celulare

Bacteriile sunt împărțite în două grupe naturale, datorită diferențelor în structura pereților celulelor lor. Unele bacterii Gram-colorare, se numesc bacterii Gram-pozitive, de altă parte, nu pateaza - Gram.

bacterii gram-pozitive, cum ar fi Staphylococcus, Bacillus și Lactobacillus mureinovuyu mesh încorporate în alte componente, în principal proteine ​​și polizaharide, ceea ce face ca peretele celular este relativ gros. In bacteriile Gram-negative, cum ar fi Salmonella, E. coli și de Azotobacter, peretele celular este mai subțire și are o structură mai complexă. strat Mureinovy ​​la exteriorul acestor bacterii este acoperită cu un strat neted subțire de membrană lipide și polizaharide protejează celulele de lizozim - enzimă antibacteriene conținute în lacrimi, salivă și alte fluide biologice, precum și în proteina de ouă de găină. Lizozimul scindează polizaharid schelet murein, ceea ce duce la prodyryavlivaniyu peretelui celular și liza celulară, adică umflarea osmotică si ruptura. Pereții celulelor de microorganisme formate din polimeri diferiți. această razruscheniya metodă universală în care nu există.

peretelui celular microbian gram pozitiv constă dintr-un strat gros de peptidoglican și resturile -atsetilglyukozamina N N - Acizi acetilmuranic alăturat prin punți peptidice. In peretele celular bacterii gram-negativ este mai subțire și acoperit pe stratul exterior al lipidelor. Drojdie peretelui celular constă dintr-un strat dens și parțial fosforilată la Mannat - glucani. ciupercile inferioare sunt peretelui celular cu mai multe straturi, compus din b și glucani, glicoproteine ​​și chitină.

Funcții de perete celular de bază, după cum urmează.

* Peretele celular protejează bacteriile de la influențe externe, dându-le o formă caracteristică, menține un mediu intern constant și este implicat în divizare.

* Prin peretele celular al bacteriilor se efectuează transportul de substanțe nutritive și metaboliților de selecție.

* Pe suprafața peretelui celular aranjate receptori pentru bacteriofagi și bacteriocine diferitelor substanțe chimice.

* Structura și compoziția elementelor peretelui celular determină caracteristicile antigenice ale bacteriilor (structura O- și Vi-Ar).

* Peretele celular este capabil să perceapă diferitele coloranți; pe baza acestor proprietăți tinctoriale ale bacteriilor.

* Raport sinteza componentelor peretelui celular rezultat moartea bacteriilor sau formarea de 1-forme.