Celična membrana - ung.simirjana/gradivo/splosna mikrobiologija/4pred... · Celična membrana •...

Celična membrana

• imajo jo vse celice• omogoča fizično in kemično osamitev od okolja• ohranja stabilne razmere znotraj celice• tanka dvoslojna plast, obdaja citoplazmo, celično jedro ali organele• 7-10 nm debela plast• značilna selektivna prepustnost

Prve raziskaveLeta 1930 – 40 sta Danielli in Davson raziskovala lastnostidvojne plasti trigliceridnih lipidov na površini vode: polarne glave navzven. Če dodaš beljakovine se površinska napetost zmanjša in membrana splošči.

Diagram prvega modela membrane.

V 50’letih je Robertson je opazoval membrane pod elektronskim mikroskopom in ni videl por.

Elementarna membrana

sestavljajo jo dve beljakovinsko lipidni plasti –dve fosfolipidni molekuli:s polarno glavo na zunanjih straneh (hidrofilni del) indvema repoma maščobnih kislin, ki tvorijo sredino (hidrofobni del)

Kemična struktura fosfolipida

Wolfe S.L., Molecular and Cellular Biology, 1993Alberts et al. Molecular Biology of the Cell,1994

fosfat

maščobni kislini

glicerol

Dvojna lipidna plast daje membrani fluidno značilnost.

Nenasičene cis dvojne vezi omogočajo:lateralno tesnjenje in gibanje membrane,preprečuje pretesno tesnjenje in zmrzovanje.

Vpliv temperature

Pri nizkih temperaturah je stanje gelskopri višjih temperaturah se dvojna plast “raztopi” in notranjost je bolj tekoča, kar omogoča lipidnim in drugim molekulam, da se premikajo, obračajo, menjajo prostor.

Elektronski posnetek membrane

Citoplazmatska membranaPoleg fosfolipidov vključuje beljakovinske molekule, ki

omogočajo prehajanje snovi.

vpeti so v dvoslojno plast

Funkcija membravePolprepustna -permaebilna bariera

Mesto številnih proteinov,encimov

Mesto za prenos energije

Vloga citoplazemske membranePermeabilna bariera Prehajajo lahko samo majhne lipofilne molekuleMesto respiratornih verig50% proteinov je vezanih ali vgrajenih v membrano

Protein vgrajen v membrano je zgrajen iz hidrofobnih AK, zunanje AK so polarne

na proteine se lahko vežejo sladkorji in dobimo glikoproteine

posebne proteine vsebujejo endoplazmatski retikulum, ionski kanali, itd

integralne membranske beljakovine- protein dovolj dolg in dobro pritrjen ( dodatno zasidrajo z AK-lizinom)- imajo hidrofilni in hidrofobni del

periferne membranske beljakovineniso direktno v membrani, vključene so na citoplazemski strani ali na zunanjem strani celice in pritrjene na lipidno verigo v membrani (z ioni)

Oblike beljakovin v membrani

Transmembranske beljakovineintegralne beljakovine prehajajo sloj enkrat ali večkrat

Wolfe S.L., Molecular and Cellular Biology, 1993.

Membrana evkariontov

Pri evkariontih stabilnost celičnih membran povečujejo steroli. Steroli so:

rigidne molekule, ki stabilizirajo strukturo membrane,zmanjšujejo permeabilnost membrane,preprečujejo kristalizacijo,značilni samo za evkariontske celice.

Podobno vlogo igrajo pri nekaterih bakterijah molekule podobne sterolom t.i. hopanoidi (npr. C30 hopanoid diplopten).

Membrana evkariontov

Sterolinpr. holesterol

lipidne molekule imajo polarno glavo innepolaren del

Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994

Membrana evkariontov

orientirani kot fosfolipidne molekule s polarno glavo navzven

predstavljajo 5-25% vseh lipidov količina različna pri različnih

tipih membraneen holesterol na fosoflipidno

molekulo pri plazmatskimembrani

Membrane Arheaeimajo podobno strukturo kot bakterijerazlike v esterski vezi lipida in glicerola

Arheaebakterije in evkarionti

maščobni kislini vezani na glicerol ®

ponavljajoče molekule

oglj. hidratovnpr. izoprena

izopren

Membrane Arheae

Poznamo dve obliki:

glicerol dieter

diglicerol tetraeter

Eterska vez

Eterska vez

ogljikovodik fitanil

ogljikovodik bifitanil

Membrane ArheaeLipidna dvoslojnost Lipidna enoslojnost

pri visoki temperaturi membrana zelo niha in se verige povežejorigidnost, stabilnost membran povečajo eterske vezi in heksa cikliznačilna za hipertermofilne vrste kemijska sestava membrane pomembna lastnost za ločevanje

obeh filogenitskih skupin, Bakterije in Arheae

Celična stena prokariontov

Celična stena bakterij

predstavlja ojačitev in zavarovanje struktur znotraj celice (znotraj celice 2atm)vse bakterije imajo peptidoglikan ali mureincelična stena je rigidna kemična sestava podobna

Celične stene bakterij

Osnovna enota peptidoglikana2 sladkorja

ali lizin

aminokisline

Enota se ponavlja-

Peptidoglikanska mreža

G N-acetilglukozamin, M N-acetilmuramična kislina, rdeče-peptidne vezi

Trdnost strukturi daje predvsem peptidna vez

poznamo preko 100 peptidoglikanovrazlike so v sestavi peptidov in načina povezovanja tetrapeptidov

Diaminopimelična kislina

Gram – pozitivne bakterije

širša plast peptidoglikana (namestodiaminopimelične kisline imajo lizin)

Gram – pozitivne bakterijepoleg peptidoglikana imajo tehoične kislinepovezane z lipidi-lipotehoične kislinenegativno nabite

Gram – negativne bakterije

Struktura LSP - lipopolisaharidaLPS sestavlja heteropolisaharidna veriga vezana na glikolipid (lipid A) in 7 molekul sladkorja (“core” polisaharidi = KDO-ketodeoksioktanat)Nanjo je pritjena še O-specifična veriga polisaharidov (se spreminja)

To so pomembni antigeni in endotoksini (toksičnost)Sestava polisaharida je imunsko pomembna.

Endotoksini

Zunanja membrana gram negativnih bakterij je lahko toksična za živali (npr. Salmonella, Shigella, Escherihia)Toksičnost je vezana na lipopolisaharidni sloj - lipid A, zgrajen iz različnih lipidov (laureat, miristol in palmitat) in polisaharidni del. Polisaharidni del je specifičen za posamezen serotip in je pomemben za prepoznavanje antigenov gostitelja.

Porini• samo pri gram – bakterijah• odprtine velike 1nm• dovolje velike, da prepuščajo molekule od 600 do 900 Da• več vrst: nespecifični, specifični porini

Periplazma

• mesto med citoplazemsko membrano in celično steno• 12-15 nm debel sloj gela•30-40% celičnega volumna• imajo jo samo gramnegativne bakterije (večina morskih bakterij)• mesto številnih encimov (proteaze, glukozidaze, Rnase,Dnaze), kemoreceptorjev, proteinov ki vežejo topljence (transport sladkorjev, AK,..)

Barvanje po Gramu

Pomembna metoda za razpoznavo bakterijV 80. letih 19. stoletja odkril H. Ch. GramTemelji na spoznanju, da se bakterije, ki jih obarvamo z nekaterimi bazičnimi barvili, ali zlahka razbarvajo z alkoholom ali acetonom (gram-negativne bakterije) ali pa se ne razbarvajo (gram-pozitivne bakterije).

Priprava preparataRazmaz bakterij na stekelcu,Fiksiramo s segrevanjemObarvamo

Barvanje po Gramu1. Preparat obarvamo z enim iz skupine trifenilmetanovih barvil (kristalno vijolično)

Barvilo deluje nekaj minut, nato speremo z vodo. Obarvajo se vse bakterije.2. Nato razmaz za več minut prelijemo z Lugolovo raztopino joda in speremo z vodo.

3. Poskusimo razbarvanje z etanolom, acetonom ali jod-acetonom (1-3 sekunde) in speremo z vodo.

4. Razmaz kontrastno obarvamo s safraninom (ksantofilom).

modro obarvane – grampozitivne bakterijerdeče obarvane – gramnegativne bakterije

Celična stena pri arhejahNekatere arheje imajo steno podobno peptoglikanu - pseudopeptidoglikan - v verigi peptidoglikana je namesto N-acetilmuramične kislineN-acetiltalosaminuronska kislina

1-3 β- glikozidna vez namesto 1-4 β- glikozidne vezi

S-plast

Nekatere arheje sploh nimajo pseudoglikana ali peptidoglikanain imajo le polisaharide ali proteine razporejene v značilni parakristalniplasti proteina in glikoproteina (S-plast), kiima heksgonalno simetrijo. Oblika značilna za vse ekstremne halofile,metanogene in hipertermofilne vrste.

Metanogene tanko plast polisaharidov (glukoze, galaktozamin in acetat)Halofilne vrste imajo podobno sestavo z sulfatnimi ostanki (SO42-)