Membrana citoplasmatica si citoplasma

Membrana citoplasmatica si citoplasma

Membrana citoplasmatica poate fi evidentiata doar prin mijloace speciale de investigatie (microscopie electronica). Se muleaza perfect la fata interna a peretelui, cu care are doar raporturi de contiguitate. Raporturile insa sunt foarte stranse cu masa citoplasmatica. Acest lucru este atestat de constatarea ca, daca bacteriile sunt suspendate in mediu hipertonic survine un proces de plasmoliza, caracterizat prin pierderea de apa si retractarea masei citoplasmatice. Membrana citoplasmatica se desprinde de perete si insoteste fidel continutul endocelular. In acest mod, la unele bacterii Gram pozitive mari, membrana citoplasmatica se poate evidentia chiar la microscopul optic, in urma colorarii prin metode speciale care o diferentiaza de materia citoplasmatica si de peretele bacterian.

Membrana citoplasmatica este formata din lipoproteine, dispuse in strat dublu subtire, colorabil, cu grosime de 7,5 - 10 nm. Are o densitate superioara materiei citoplasmatice si o mare elasticitate. La microscopul electronic apare triplu stratificata, alcatuita din doua straturi elctrono-opace, separate de un strat median electrono-transparent. Acest aspect este datorat matricei membranei citoplasmatice care este alcatuita din fosfolipide, dispuse in strat dublu. Moleculele acestora au o structura complexa, cu o extremitate polara hidrofila si alta hidrofoba. Ele sunt dispuse in stratul dublu lipidic, cu extremitatile polare hidrofobe orientate spre interior, respectiv fata in fata, formand stratul median electrono-transparent. Extremitatile ionice hidrofile sunt orientate spre exterior, formand cele doua straturi electrono-opace. Asemenea aranjare confera membranei citoplasmatice rolul de bariera osmotica si de filtru selectiv, fiind penetrabila numai pentru moleculele liposolubile si nepenetrabila pentru cele hidrosolubile.

Moleculele proteice globulare sunt inclavate si plutesc in stratul fluid dublu lipidic. Se pot deplasa liber, orientandu-se cu regiunile hidrofile spre suprafata. De unele proteine sunt legate cantitati mici de glucide (polizaharide). Aceste proteine mebranare sunt de doua tipuri:

integrate (transmembranare), care strabat toata grosimea membranei, unele fiind mai expuse spre o suprafata sau alta;

de surpafata (periferice), situate in stratul lipidic extern sau in cel intern, de regula legate de proteinele integrate.

Proteinele membranare au rol de: enzime, implicate in sinteza invelisurilor parietale (perete, membrana citoplasmatica etc.); proteine de transport, prin care se asigura transferul moleculelor solubile in ambele sensuri; citocromi si alte enzime din sistemul transportor de electroni. Rolul biologic al membranei citoplasmatice este de bariera osmotica, la al carei nivel se activeaza numeroase enzime de tipul "permeazelor", cu rol in fixarea si transportul metabolitilor in ambele sensuri. Rolul de "bariera" cu permeabilitate selectiva este atestat si de faptul ca, membrana citoplasmatica permite iesirea din celula a unor componente proteice, cum sunt exoenzimele si exotoxinele, intervenind in reglarea acestor procese. Faptul este confirmat de constatarea ca, la anumite variante, membrana citoplasmatica poate retine in celula unele exoenzime, proces definit ca "fenomen de cripticitate".

La nivelul membranei citoplasmatice sunt localizate si activeaza numeroase enzime respiratorii de tipul citocromilor. Ca urmare, aceasta are rol important in metabolismul energetic. Raspandirea enzimelor respiratorii nu este insa uniforma, o mare parte fiind localizate si concentrate in mezozomi. Membrana citoplasmatica este si sediul unor procese de sinteza. La acest nivel se realizeaza sinteza unor componente care intra in structura peretelui bacterian, a capsulei, a cililor etc. In cursul procesului de diviziune participa la sinteza septumului care separa continutul endocelular.

Mezozomii

Sunt structuri membranare intracitoplasmatice, cu aspect de "sac" sau "punga", formate prin cresterea si invaginarea membranei citoplasmatice. Unii mezozomi se gasesc de regula asociati fizic si topografic cu septumul de diviziune, cu cromozomul celulei si cu formarea sporului. Dupa localizare se disting trei tipuri de mezozomi: septali, nucleari si periferici.

Sunt mai numerosi si mai bine dezvoltati la bacteriile Gram-pozitive. La bacteriile Gram-negative sunt rudimentari, slab dezvoltati, mai greu de observat si in numar mai mic.

Din punct de vedere morfologic aspectul mezozomilor poate varia, distingandu-se trei tipuri:

-mezozomi lamelari, formati prin cresterea, invaginarea si plierea membranei citoplasmatice in spirale rasucite ca un ghem;

-mezozomi tubulari, constituiti din formatiuni tubulare, mai mult sau mai putin lungi si incolacite;

-mezozomi veziculari (saciformi) cu aspect de vezicule aproape sferice.

Mezozomii iau nastere in zone determinate genetic, in care membrana citoplasmatica creste mai repede decat peretele, ducand la invaginarea sa si rezultand initial o formatiune sferoidala, conectata la membrana citoplasmatica printr-un peduncul cu deschiderea spre spatiul periplasmatic. Intr-o faza mai avansata se produc noi invaginari, plieri si turtiri care duc la formarea in interior a unor structuri lamelare, veziculare sau tubulare. Mezozomii sunt organite neesentiale pentru viabilitatea celulei. Au insa o mare plasticitate, fiind in permanenta influentati de dinamica proceselor celulare.

Semnificatia lor biologica este complexa, mezozomii indeplinind mai multe functii. Prin mijlocirea lor se mareste considerabil suprafata membranei citoplasmatice, influentand favorabil activitatea celulara, ca raspuns la conditiile oferite de mediu. Au rol in replicarea si segregarea cromozomului si in transmiterea de la suprafata celulei a semnalului biochimic care initiaza replicarea. Sunt organite echivalente mitocondriilor, la nivelul mezozomilor fiind concentrate cantitati mari de enzime respiratorii, implicate in procese de fosforilare, de oxido-reducere si de transport de electroni. Au rol in producerea si eliberarea unor enzime (penicilinaza), in sinteza membranei celulare si a septumului de diviziune a peretelui celular etc. Se admite ca pot actiona ca regiune specializata pentru patrunderea in celula a unor fragmente straine de ADN transformant, favorizand astfel procesele de variabilitate. 

Citoplasma

Citoplasma reprezinta cantitativ componentul major al celulei bacteriene. Raportul cantitativ dintre aceasta si materia nucleara variaza intre 2:1-10:1, in functie de specie si de starea fiziologica a celulei.  Din punct de vedere al morfo-structurii, citoplasma nu are o structura si o organizare interna bine definita. Ea se prezinta ca o masa relativ omogena si foarte densa, fara reticul endoplasmatic. Lipsesc, de asemenea, unele organite citoplasmatice, cum sunt mitocondriile. In schimb este foarte bogata in ribosomi. Sectiunile ultrafine prin celula bacteriana, examinate la microscopul electronic, au relevat ca citoplasma are obisnuit o structura pronuntat granulara, aspect conferit in special de formatiunile mezozomale raspandite neuniform in masa sa. Uneori, in functie de starea fiziologica a celulelor, citoplasma bacteriilor poate avea un aspect fibrilar sau chiar reticular. De altfel, omogenitatea si densitatea materiei citoplasmatice variaza in functie de starea fiziologica si de varsta bacteriilor, precum si de conditiile de cultivare ale acestora. In general, bacteriile din culturile vechi au o citoplasma mai vascoasa si mai putin omogena, cu zone de densitate variabila, cu un aspect granular mai pronuntat, iar uneori chiar cu prezenta in citoplasma a unor vacuole si granule.Spre deosebire de acestea, celulele din culturile tinere, in plina activitate metabolica, au citoplasma mai fluida, cu o pronuntata omogenitate si o puternica bazofilie, datorita mai ales bogatie in ARN citoplasmatic. In citoplasma unor bacterii pot exista vacuole de apa si granule sau corpusculi metacromatici. Materia citoplasmatica are un pronuntat caracter hidric, dar cu toate acestea este lipsita de curenti perceptibili. Ca urmare, schimburile de metaboliti intre structurile si organitele endocelulare se realizeaza la bacterii prin procese de difuziune. In apa citoplasmatica se gasesc in stare de dispersie coloidala numeroase componente moleculare organice si anorganice (proteine, glucide, lipide, saruri minerale),citoplasma constituind in ansamblul ei un sistem coloidal complex. Acesta se mentine permanent in stare de gel desi este supus la transformari continui, determinate de activitatea metabolica deosebit de intensa si de schimburile metabolice foarte active dintre celula si mediu. Cu toate acestea, mediul citoplasmatic se mentine intr-un echilibru dinamic perfect, pe de o parte prin multitudinea fortelor fizico-chimice care actioneaza la nivel atomic, molecular si intermolecular, iar pe de alta parte, prin interventia unor mecanisme de autoreglare, totalitatea acestora realizand, in esenta, mentinerea nealterata a constantelor fizico-chimice endocelulare. Spre deosebire de celulele altor vietuitoare, citoplasma bacteriilor este foarte bogata in special in proteine (din care foarte multe enzime) si ribonucleoproteine, acestea conferindu-i caracteristicile de densitate si cvasiomogenitate, precum si reactia pronuntat acida care variaza intre limite de pH=2-3.

Ribosomii

Sunt organite intracitoplasmatice de forma aproximativ sferica, cu diametrul de cca 20 nm si o constanta de sedimentare de 70 S. Au rol esential in metabolismul proteic, la nivelul lor realizandu-se sinteza proteinelor bacteriene. Din punct de vedere chimic sunt complexe macromoleculare ribonucleoproteinice, formate din 55 molecule proteinice si 3 molecule de ARN. Raportul ARN/proteine variaza intre 2 la 1 (la E. coli) si 2 la 3 (la alte bacterii). Se apreciaza ca o celula poate contine intre 1500-100000 de ribosomi, numarul lor fiind in corelatie cu intensitatea deosebita a proceselor de biosinteza a proteinelor in celula bacteriana. Majoritatea ribosomilor plutesc liber in citoplasma, dar o parte se gasesc plasati la fata interna a membranei citoplasmatice. O mare parte sunt legati in formatiuni poliribosomale, la nivelul carora se realizeaza sinteza polipeptidelor, ceea ce implica traducerea informatiei genetice adusa de ARNm si translatia acesteia in structura polipeptidei, respectiv in ordinea de succesiune a acizilor aminati. 

Granulatiile si corpusculii metacromatici

In anumite conditii de mediu, in citoplasma unor bacterii se pot depozita cantitati apreciabile de substante de rezerva (glucide, lipide, metafosfati), sub forma de polimeri insolubili in mediul hidric endocelular, cu aspect granular sau corpuscular. Polimerizarea se realizeaza prin legaturi fosfoergice in care se inmagazineaza cantitati mari de energie. Ca urmare, asemenea polimeri servesc nu numai ca surse de C, P si alte elemente, ci si ca surse de energie, fiecare etapa a depolimerizarii eliberand cantitati apreciabile de energie calorica. Depozitarea ca polimeri insolubili are o mare semnificatie biologica, deoarece permite acumularea de cantitati mari de substante de rezerva, fara riscul de a perturba echilibrul fizico-chimic endocelular (ionic si osmotic). Pe de alta parte, procesele de polimerizare-depolimerizare constituie mecanisme importante de asigurare si autoreglare a balantei energetice celulare.

-Granulele glucidice. In citoplasma unor bacterii, in mod deosebit la bacteriile coliforme, glucoza poate fi polimerizata si depozitata sub forma de granule de amidon sau de glicogen. Acestea apar, de regula, sub forma unor granulatii fine, uneori vizibile numai prin microscopie electronica. Identificarea lor se poate face biochimic, prin colorare cu iod, granulele de glicogen colorandu-se spre brun, cele de amidon in albastru, iar citoplasma bacteriana in galben.

-Granulele lipidice.Sunt frecvente la unele bacterii din genul Bacillus (B. megaterium). Ele rezulta din polimerizarea acidului betahidroxibutiric. Au de regula dimensiuni mai mari, fiind vizibile la microscopul optic, mai ales la microscopul cu contrast de faza. Pot fi evidentiate prin colorarea selectiva cu negru de Sudan.

-Granulele de metafosfati sau de volutina. Sunt formate prin polimerizarea metafosfatului, care impreuna cu ARN dau complexe macromoleculare insolubile. Apar de regula sub forma unor corpusculi sau granule de dimensiuni mari, pana la 0,6 mm, vizibile la microscopul optic. Au afinitati pentru colorantii bazici albastri (albastru de toluidina, albastru de metilen) manifestand proprietati de metacromazie (corpusculii se coloreaza in rosu, iar soma bacteriana in albastru). Asemenea granule au primit si denumirea de volutina, dupa specia bacteriana (Spirillum volutans) la care au fost identificate. Granulatii metacromatice similare au fost descrise si la bacilul difteric de catre Babes (corpusculii metacromatici Babes-Ernst). In citoplasma unor bacterii se pot forma si alte granulatii, cum ar fi granulatiile de sulf (la sulfobacterii), granulatiile de carbonat de calciu, granulatiile de pigmenti (la bacterii pigmentogene) etc.

Vacuolele

In citoplasma bacteriilor se pot forma vacuole de apa. Acestea sunt izolate de materia citoplasmatica printr-o semimembrana numita tonoplast (formata prin condensarea de proteine si lipide). Dimensiunile lor variaza intre 0,3-0,6 mm. Depozitarea de apa in vacuole izolate de materia citoplasmatica are ratiuni biologice. Celulele in plina activitate metabolica au nevoie de rezerve endocelulare de apa, prin care sa-si poata autoregla prompt echilibrul ionic si osmotic. Apa din vacuole poate servi apoi la solvarea si acumularea in vacuola a unor metaboliti sau substante toxice.