साइटोप्लाज्मिक झिल्लियों की एक प्रकृति होती है। जैविक झिल्ली

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बैक्टीरिया के प्रकार के आधार पर, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली कोशिका के शुष्क द्रव्यमान का 8-15% बनाती है। इसकी रासायनिक संरचना एक प्रोटीन-लिपिड कॉम्प्लेक्स द्वारा दर्शायी जाती है, जिसमें प्रोटीन का हिस्सा 50-75% है, और लिपिड का हिस्सा 15-50% है। झिल्ली का मुख्य लिपिड घटक फॉस्फोलिपिड है। साइटोप्लाज्मिक झिल्ली का प्रोटीन अंश एंजाइमेटिक गतिविधि वाले संरचनात्मक प्रोटीन द्वारा दर्शाया जाता है। साइटोप्लाज्मिक झिल्ली की प्रोटीन संरचना विविध है। इस प्रकार, एस्चेरिचिया कोली बैक्टीरिया की साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में लगभग 120 विभिन्न प्रोटीन होते हैं। इसके अलावा, झिल्लियों में थोड़ी मात्रा में कार्बोहाइड्रेट भी पाया गया।

बैक्टीरिया की साइटोप्लाज्मिक झिल्ली आम तौर पर रासायनिक संरचना में यूकेरियोटिक कोशिकाओं की झिल्ली के समान होती है, लेकिन बैक्टीरिया की झिल्ली प्रोटीन से भरपूर होती है, इसमें असामान्य फैटी एसिड होते हैं, और आमतौर पर स्टेरोल्स की कमी होती है।

यूकेरियोटिक झिल्ली के लिए विकसित द्रव-मोज़ेक मॉडल बैक्टीरिया के साइटोप्लाज्मिक झिल्ली की संरचना पर लागू होता है। इस मॉडल के अनुसार, झिल्ली में एक लिपिड बाईलेयर होता है। फॉस्फोलिपिड और ट्राइग्लिसराइड अणुओं के हाइड्रोफोबिक "अंत" अंदर की ओर निर्देशित होते हैं, और

हाइड्रोफिलिक "सिर" - बाहर की ओर। प्रोटीन अणु लिपिड बाइलेयर में अंतर्निहित होते हैं। लिपिड बाईलेयर के साथ बातचीत के स्थान और प्रकृति के आधार पर, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के प्रोटीन को परिधीय और अभिन्न में विभाजित किया जाता है।

परिधीय प्रोटीन झिल्ली की सतह से जुड़े होते हैं और विलायक की आयनिक शक्ति में परिवर्तन होने पर आसानी से इससे बाहर निकल जाते हैं। परिधीय प्रोटीन में NAD H2 डिहाइड्रोजनेज, साथ ही ATPase कॉम्प्लेक्स में शामिल कुछ प्रोटीन आदि शामिल हैं।

एटीपीस कॉम्प्लेक्स एक निश्चित तरीके से व्यवस्थित प्रोटीन सबयूनिट का एक समूह है, जो साइटोप्लाज्म, पेरिप्लास्मिक स्पेस के संपर्क में होता है और एक चैनल बनाता है जिसके माध्यम से प्रोटॉन चलते हैं।

इंटीग्रल प्रोटीन में वे प्रोटीन शामिल होते हैं जो आंशिक रूप से या पूरी तरह से झिल्ली की मोटाई में डूबे होते हैं, और कभी-कभी इसके माध्यम से प्रवेश करते हैं। लिपिड के साथ अभिन्न प्रोटीन का संबंध मुख्य रूप से हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन द्वारा निर्धारित होता है।

ई. कोली बैक्टीरिया के इंटीग्रल झिल्ली प्रोटीन में, उदाहरण के लिए, साइटोक्रोम बी और आयरन-सल्फर प्रोटीन शामिल हैं।

साइटोप्लाज्मिक झिल्ली कोशिका के लिए आवश्यक कई कार्य करती है:

कोशिका कोशिका द्रव्य की आंतरिक स्थिरता को बनाए रखना। यह साइटोप्लाज्मिक झिल्ली की अनूठी संपत्ति - इसकी अर्ध-पारगम्यता - के कारण प्राप्त किया जाता है। यह पानी और कम आणविक भार वाले पदार्थों के लिए पारगम्य है, लेकिन आयनित यौगिकों के लिए पारगम्य नहीं है।

ऐसे पदार्थों का कोशिका में परिवहन और बाहर निकलना विशेष परिवहन प्रणालियों के कारण होता है जो झिल्ली में स्थानीयकृत होते हैं। ऐसी परिवहन प्रणालियाँ सक्रिय परिवहन तंत्र और विशिष्ट परमीज़ एंजाइमों की एक प्रणाली के माध्यम से कार्य करती हैं;

कोशिका में पदार्थों का परिवहन और उनका बाहर निष्कासन;

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण एंजाइम साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में स्थानीयकृत होते हैं;

साइटोप्लाज्मिक झिल्ली कोशिका भित्ति और कैप्सूल के संश्लेषण से जुड़ी होती है क्योंकि इसमें अणुओं के लिए विशिष्ट वाहक मौजूद होते हैं जो उन्हें बनाते हैं;

कशाभिका साइटोप्लाज्मिक झिल्ली से जुड़ी होती हैं। फ्लैगेल्ला के लिए ऊर्जा आपूर्ति साइटोप्लाज्मिक झिल्ली से जुड़ी होती है।

मेसोसोम साइटोप्लाज्मिक झिल्ली का साइटोप्लाज्म में आक्रमण है। (लैमेलर (लैमेलर), वेसिकुलर (बुलबुले के आकार का) और ट्यूबलर (ट्यूबलर))

कुछ जीवाणुओं की कोशिकाओं में, मिश्रित प्रकार के मेसोसोम भी पाए जाते हैं: जिसमें लैमेला, ट्यूब और पुटिकाएं शामिल होती हैं। जटिल रूप से व्यवस्थित और अच्छी तरह से विकसित मेसोसोम ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया की विशेषता हैं। ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया में वे बहुत कम आम होते हैं और अपेक्षाकृत आसानी से व्यवस्थित होते हैं। कोशिका में उनके स्थान के आधार पर, मेसोसोम को प्रतिष्ठित किया जाता है, जो कोशिका विभाजन के क्षेत्र और अनुप्रस्थ सेप्टम के गठन में बनते हैं; मेसोसोम जिससे न्यूक्लियॉइड जुड़ा होता है; मेसोसोम साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के परिधीय वर्गों के आक्रमण के परिणामस्वरूप बनते हैं।

जीवाणु कोशिका भित्ति के नीचे साइटोप्लाज्मिक झिल्ली (सीपीएम) होती है। यह कोशिका सामग्री को कोशिका भित्ति से अलग करता है और किसी भी कोशिका की एक आवश्यक संरचना है।
जीवाणु सीपीएम की मोटाई आमतौर पर लगभग 6-8 एनएम होती है। यह कोशिका के शुष्क द्रव्यमान का 15% तक होता है। इसमें लिपिड (15-45%), प्रोटीन (45-60%) और थोड़ी मात्रा में कार्बोहाइड्रेट (लगभग 10%) होते हैं। लिपिड को फॉस्फोलिपिड्स द्वारा दर्शाया जाता है - झिल्ली के शुष्क वजन का 30% तक। उनमें से, फॉस्फेटिडिल ग्लिसरॉल और डिफॉस्फेटिडिल ग्लिसराइड (कार्डियोलिपिन) प्रमुख हैं - यूकेरियोट्स के माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली का एक आवश्यक घटक। कम मात्रा में फॉस्फेटिडिलिनोसिटॉल और फॉस्फेटाइड yl- होते हैं
इथेनॉलमाइन फॉस्फोलिपिड्स के अलावा, झिल्ली में विभिन्न ग्लाइकोलिपिड्स, थोड़ी मात्रा में कैरोटीनॉयड और क्विनोन पाए गए। ग्लिसरॉल से प्राप्त लिपिड की संरचना में, झिल्ली के लिए असामान्य फैटी एसिड की पहचान की गई - 16-18 कार्बन परमाणुओं के साथ संतृप्त या मोनोअनसैचुरेटेड, साथ ही यूकेरियोटिक झिल्ली में नहीं पाए जाने वाले एसिड - 15-17 कार्बन परमाणुओं के साथ साइक्लोप्रोपेन और ब्रांच्ड फैटी एसिड। फैटी एसिड का सेट, साथ ही उनसे युक्त झिल्ली लिपिड, प्रोकैरियोट्स के लिए विशिष्ट प्रजाति है।
मेम्ब्रेन लिपिड छोटे ध्रुवीय अणु होते हैं जिनमें हाइड्रोफिलिक (सिर) और हाइड्रोफोबिक (पूंछ) समूह होते हैं। जलीय वातावरण में, वे अनायास ही एक बंद द्विआण्विक परत - एक द्विपरत - का निर्माण करते हैं। यह परत आयनों और ध्रुवीय यौगिकों के लिए एक महत्वपूर्ण अवरोधक के रूप में कार्य करती है। एक द्विआण्विक परत में व्यवस्थित, लिपिड झिल्ली का संरचनात्मक आधार बनाते हैं, यांत्रिक स्थिरता बनाए रखते हैं और इसे हाइड्रोफोबिसिटी प्रदान करते हैं।
प्रोटीन झिल्ली के शुष्क द्रव्यमान का आधे से अधिक हिस्सा बनाते हैं। 20 से अधिक विभिन्न प्रकार हैं। लिपिड के साथ बंधन की ताकत और झिल्ली में स्थान के अंतर के आधार पर, प्रोटीन को अभिन्न और परिधीय में विभाजित किया जाता है। इंटीग्रल प्रोटीन झिल्ली के हाइड्रोफोबिक क्षेत्र में डूबे होते हैं, जहां वे लिपिड की हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं के साथ कई बंधन बनाते हैं,
लिपोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स बनाना। परिधीय प्रोटीन हाइड्रोफिलिक परत की सतह पर स्थानीयकृत होते हैं और अक्सर अभिन्न प्रोटीन से जुड़े होते हैं (चित्र 3.14)।

चित्र.3.14. साइटोप्लाज्मिक झिल्ली की संरचना: 1 - लिपिड; 2 - ग्लाइकोप्रोटीन; 3 - परिधीय प्रोटीन; 4 - अभिन्न प्रोटीन

झिल्लियों के भीतर उनके कार्यों के आधार पर, झिल्ली प्रोटीन को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: संरचनात्मक और गतिशील।
संरचनात्मक प्रोटीन के कार्य झिल्ली की संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखने तक सीमित हैं। वे हाइड्रोफिलिक लिपिड परत की सतह पर स्थित होते हैं, जो आणविक पट्टी के रूप में कार्य करते हैं।
गतिशील प्रोटीन में वे प्रोटीन शामिल होते हैं जो झिल्ली पर होने वाली सभी प्रक्रियाओं में सीधे शामिल होते हैं। उन्हें तीन वर्गों में विभाजित किया गया है: परिवहन, कोशिका के अंदर और बाहर यौगिकों के परिवहन में शामिल; उत्प्रेरक, झिल्ली पर होने वाली प्रतिक्रियाओं में एंजाइमों के कार्य करता है; रिसेप्टर प्रोटीन जो विशेष रूप से झिल्ली के बाहर कुछ यौगिकों (विषाक्त पदार्थ, हार्मोन) को बांधते हैं।
झिल्ली में कार्बोहाइड्रेट मुक्त अवस्था में नहीं होते हैं, बल्कि प्रोटीन और लिपिड के साथ ग्लाइकोप्रोटीन में जुड़े होते हैं। वे जैसे हैं
एक नियम के रूप में, वे केवल झिल्ली की बाहरी सतह पर स्थानीयकृत होते हैं और पर्यावरणीय कारकों के लिए पहचान रिसेप्टर्स के रूप में कार्य करते हैं।
बैक्टीरिया की साइटोप्लाज्मिक झिल्ली, अन्य सभी जैविक झिल्लियों की तरह, एक असममित तरल क्रिस्टलीय संरचना है। यह विषमता प्रोटीन अणुओं की रासायनिक संरचना और झिल्ली के लिपिड बाईलेयर में उनके स्थान में अंतर के कारण होती है। कुछ प्रोटीन बाइलेयर की सतह पर स्थित होते हैं, अन्य इसकी मोटाई में डूबे होते हैं, और अन्य बाइलेयर की आंतरिक से बाहरी सतह तक गुजरते हैं। बदले में, झिल्ली प्रोटीन का कड़ाई से परिभाषित अभिविन्यास इस तथ्य के कारण होता है कि उन्हें संश्लेषित किया जाता है और झिल्ली में असममित रूप से शामिल किया जाता है। झिल्ली की बाहरी और भीतरी सतहें भी एंजाइमेटिक गतिविधि में भिन्न होती हैं। स्थितियों (उदाहरण के लिए, तापमान) के आधार पर, सीपीएम विभिन्न चरण अवस्थाओं में हो सकता है: तरलीकृत या क्रिस्टलीय। एक तरल क्रिस्टलीय चरण से दूसरे में संक्रमण के दौरान, झिल्ली घटकों की गतिशीलता और इसकी पैकिंग घनत्व में परिवर्तन होता है, जिसके परिणामस्वरूप इसकी कार्यात्मक गतिविधि में व्यवधान होता है।
साइटोप्लाज्मिक झिल्ली का संरचनात्मक संगठन और कार्य। सीपीएम के कई कार्यों की प्रकृति और तंत्र को समझाने के लिए, 1972 में आर. सिंगर और ए. निकोलसन द्वारा प्रस्तावित जैविक झिल्ली के संगठन का द्रव-मोज़ेक मॉडल सबसे उपयुक्त है। इस मॉडल के अनुसार, झिल्ली दो हैं गोलाकार प्रोटीन और लिपिड के आयामी समाधान एक निश्चित तरीके से उन्मुख होते हैं। लिपिड एक द्विपरत बनाते हैं जिसमें अणुओं के हाइड्रोफिलिक "सिर" बाहर की ओर होते हैं, और पर्याप्त लचीलापन रखते हुए, हाइड्रोफोबिक "पूंछ" झिल्ली की मोटाई में डूबे होते हैं। झिल्ली लिपिड और कई प्रोटीन बाइलेयर में स्वतंत्र रूप से घूमते हैं, लेकिन केवल पार्श्व दिशा (पार्श्व प्रसार) में। अनुप्रस्थ दिशा में, यानी, झिल्ली की एक सतह से विपरीत दिशा में, प्रोटीन नहीं चल सकता है, और लिपिड बेहद धीमी गति से (हर कुछ घंटों में एक बार) चलते हैं। अनुप्रस्थ प्रसार की अनुपस्थिति या कम गतिविधि का कारण लिपिड का असममित वितरण प्रतीत होता है:

कुछ लिपिड बाइलेयर के बाहरी भाग में अधिक प्रचुर मात्रा में होते हैं, जबकि अन्य आंतरिक भाग में अधिक प्रचुर मात्रा में होते हैं। इसका परिणाम अनुप्रस्थ दिशा में बाइलेयर का असमान इलेक्ट्रॉन घनत्व (चालकता) है।
सीपीएम केवल निश्चित, तथाकथित के तहत तरल क्रिस्टलीय या तरलीकृत अवस्था में है
जैविक तापमान. जब तापमान कम हो जाता है (गलनांक, टीएम से नीचे), लिपिड एक क्रिस्टलीय अवस्था में बदल जाते हैं, झिल्ली के सख्त होने तक चिपचिपाहट की डिग्री बढ़ जाती है। वह तापमान जिसके कारण झिल्ली सख्त हो जाती है वह असंतृप्त और की सामग्री द्वारा निर्धारित होता है
शाखित फैटी एसिड. झिल्ली में इनकी संख्या जितनी अधिक होगी, तरल क्रिस्टलीय अवस्था से क्रिस्टलीय अवस्था में लिपिड के संक्रमण का तापमान उतना ही कम होगा।
प्रोकैरियोट्स में दोहरे बंधनों की संख्या और फैटी एसिड अणुओं की श्रृंखला की लंबाई को बदलकर झिल्ली की तरलता को विनियमित करने की क्षमता होती है। इस प्रकार, ई. कोली में, जब पर्यावरण का तापमान 42 डिग्री सेल्सियस से घटकर 27 डिग्री सेल्सियस हो जाता है, तो झिल्ली में संतृप्त और असंतृप्त फैटी एसिड का अनुपात 1.6 से घटकर 1.0 हो जाता है, यानी, असंतृप्त फैटी एसिड की सामग्री के स्तर तक पहुंच जाती है। संतृप्त वाले. यह चिपचिपाहट में वृद्धि को रोकता है और यह सुनिश्चित करता है कि कोशिकाएं कम तापमान पर शारीरिक गतिविधि बनाए रखें।
सीपीएम प्रोकैरियोट्स में कई महत्वपूर्ण कार्य करता है। वे मुख्य रूप से इसमें स्थानीयकृत प्रोटीन द्वारा निर्धारित होते हैं, जो चैनल, रिसेप्टर्स, ऊर्जा पुनर्योजी, एंजाइम, परिवहन कार्य और अन्य के रूप में कार्य करते हैं। सीपीएम मुख्य आसमाटिक अवरोध है, जो झिल्ली परिवहन तंत्र की उपस्थिति के कारण, पदार्थों को कोशिका में चुनिंदा रूप से स्थानांतरित करता है और इससे चयापचय उत्पादों को निकालता है। सीपीएम की चयनात्मक पारगम्यता इसमें स्थानीयकृत सब्सट्रेट-विशिष्ट पारगम्यता के कारण होती है, जो सक्रिय रूप से झिल्ली के माध्यम से विभिन्न कार्बनिक और खनिज पदार्थों का परिवहन करती है। सीपीएम में झिल्ली लिपिड और मैक्रोमोलेक्यूल्स के जैवसंश्लेषण के लिए एंजाइम होते हैं जो कोशिका दीवार, बाहरी झिल्ली और कैप्सूल बनाते हैं। सीपीएम रेडॉक्स एंजाइमों के स्थानीयकरण की साइट है जो बाहर ले जाती है

इलेक्ट्रॉन परिवहन, ऑक्सीडेटिव और प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण, विद्युत रासायनिक ऊर्जा उत्पादन
ट्रांसमेम्ब्रेन क्षमता (ए // +) और रासायनिक (एटीपी)। सीपीएम
एन
ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया द्वारा स्रावित प्रोटीन के जैवसंश्लेषण और स्थानांतरण में महत्वपूर्ण कार्य करता है। इन प्रोटीनों का जैवसंश्लेषण सीपीएम से जुड़े राइबोसोम पर किया जाता है। ग्राम-नकारात्मक बैक्टीरिया में सीपीएम पर विशेष रिसेप्टर प्रोटीन होते हैं जो राइबोसोम लगाव और प्रोटीन संश्लेषण की शुरुआत के बारे में बड़े राइबोसोमल सबयूनिट से संकेतों को "पहचानते" हैं। मेम्ब्रेन रिसेप्टर प्रोटीन राइबोसोम के बड़े सबयूनिट के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे राइबोसोम-झिल्ली कॉम्प्लेक्स बनता है, जिस पर स्रावित प्रोटीन का संश्लेषण होता है। इस तरह, उदाहरण के लिए, ई. कोलाई क्षारीय फॉस्फेट, बीएसी को संश्लेषित करता है। सबटिलिस - ए-एमाइलेज़। सीपीएम इन प्रोटीनों को पेरिप्लास्मिक स्पेस में स्थानांतरित करना भी सुनिश्चित करता है। सीपीएम कोशिका विभाजन के नियमन, क्रोमोसोम और प्लास्मिड की प्रतिकृति और नवगठित बेटी कोशिकाओं के बीच इन आनुवंशिक तत्वों के बाद के अलगाव में एक महान भूमिका निभाता है।
सभी प्रोकैरियोट्स में, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के साथ, इसके डेरिवेटिव - इंट्रासेल्युलर झिल्ली होते हैं जो विशेष कार्य करते हैं। साइटोप्लाज्मिक झिल्ली सभी प्रकार के इनवेजिनेशन (आक्रमण) बनाने में सक्षम है। ये आक्रमण इंट्रासेल्युलर झिल्ली बनाते हैं, जिनकी साइटोप्लाज्म में अलग-अलग लंबाई, पैकेजिंग और स्थानीयकरण होता है। उन्हें जटिल गेंदों - लैमेलर, हनीकॉम्ब या ट्यूबलर संरचनाओं में एकत्र किया जा सकता है। कम जटिल झिल्लियाँ अलग-अलग लंबाई के सरल लूप या नलिकाओं का रूप ले लेती हैं। इंट्रासेल्युलर झिल्ली के संगठन की जटिलता के बावजूद, वे सभी साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के व्युत्पन्न हैं। उनकी सक्रिय सतह का आकार साइटोप्लाज्मिक झिल्ली से अधिक होता है। यह कोशिकाओं में इन संरचनाओं की महान कार्यात्मक गतिविधि का आकलन करने का आधार देता है।

एक विशेष रूप से समृद्ध इंट्रासेल्युलर झिल्ली उपकरण नाइट्रोजन-फिक्सिंग और प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया, ब्रुसेला और नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया में पाया जाता है। प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया (रोडोस्पिरिलम रूब्रम) में झिल्ली होती है जो बंद बुलबुले - पुटिकाओं की तरह दिखती है। उनका गठन साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के आक्रमण से शुरू होता है, जो फिर एक ट्यूब बनाता है। ट्यूब पर संकुचन दिखाई देते हैं, जो इसे बुलबुले की एक श्रृंखला में विभाजित करते हैं। इन पुटिकाओं को क्रोमैटोफोर्स कहा जाता है। उनमें प्रकाश-अवशोषित वर्णक - बैक्टीरियोक्लोरोफिल और कैरोटीनॉयड, इलेक्ट्रॉन परिवहन एंजाइम - यूबिकिनोन और साइटोक्रोम, फॉस्फोराइलेशन प्रणाली के घटक होते हैं। कुछ प्रकाश संश्लेषक प्रोकैरियोट्स में, विशेष रूप से बैंगनी सल्फर बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया में, प्रकाश संश्लेषक तंत्र को झिल्लियों के ढेर द्वारा दर्शाया जाता है जिनका आकार चपटा होता है और, हरे पौधों के क्लोरोप्लास्ट के ग्रेना के अनुरूप, थायलाकोइड्स कहलाते हैं (चित्र 3.15)।
वे प्रकाश संश्लेषक वर्णक, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के एंजाइम और फॉस्फोराइलेशन सिस्टम पर ध्यान केंद्रित करते हैं। सायनोबैक्टीरियल थायलाकोइड्स की एक विशेषता साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के साथ संबंध की कमी है। यह प्रोकैरियोट्स का एकमात्र समूह है जिसमें एक विभेदित झिल्ली प्रणाली होती है।

नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया में, इंट्रासेल्युलर झिल्ली तंत्र में प्लेट्स या लैमेला का रूप होता है, जिसमें फ्लैट पुटिकाएं होती हैं (चित्र 3.16)।
इंट्रासेल्युलर झिल्लियों में से, मेसोसोम की संरचना सबसे जटिल होती है। वे सर्पिल रूप से मुड़े हुए, सपाट या गोलाकार ट्यूबलर शरीर हैं। मेसोसोम का निर्माण अनुप्रस्थ सेप्टम के निर्माण क्षेत्र में कोशिका विभाजन के दौरान होता है। वे गुणसूत्र प्रतिकृति और बेटी कोशिकाओं के बीच जीनोम के वितरण और कोशिका दीवार पदार्थों के संश्लेषण में भाग लेते हैं। भाग लेने के लिए
कोशिका विभाजन में मेसोसोम को न्यूक्लियॉइड के डीएनए के साथ इसके संबंध से दर्शाया जाता है। अच्छी तरह से विकसित मेसोसोम केवल ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया में पाए जाते हैं।
आज तक जमा की गई जानकारी से पता चलता है कि बैक्टीरिया की झिल्ली संरचनाएं पर्याप्त रूप से विभेदित हैं और कोशिका में विभिन्न चयापचय प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को सुनिश्चित करती हैं।

1. साइटोप्लाज्म और साइटोप्लाज्मिक समावेशन

साइटोप्लाज्म एक अर्ध-तरल कोलाइडल द्रव्यमान है जिसमें 70-80% पानी होता है और कोशिका की आंतरिक गुहा भरता है।
साइटोप्लाज्म में, दो अंश प्रतिष्ठित होते हैं। उनमें से एक संरचनात्मक तत्व प्रस्तुत करता है: राइबोसोम, एरोसोम,
कार्बोक्सीसोम, भंडारण समावेशन, आनुवंशिक उपकरण, एक अन्य अंश में घुलनशील आरएनए, एंजाइम प्रोटीन, रंगद्रव्य, खनिज, उत्पाद और चयापचय प्रतिक्रियाओं के सब्सट्रेट का एक जटिल मिश्रण होता है। इस अंश को साइटोसोल कहा जाता है।

विभिन्न कार्बनिक यौगिकों की उपस्थिति के कारण, जीवाणु कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में बढ़ी हुई चिपचिपाहट की विशेषता होती है। यह पानी की चिपचिपाहट (ग्लिसरीन की चिपचिपाहट के करीब) से 800-8000 गुना अधिक है। लैग चरण या लॉगरिदमिक चरण के शुरुआती चरणों में युवा कोशिकाओं में साइटोप्लाज्मिक चिपचिपाहट कम होती है; उम्रदराज़ लोगों में चिपचिपाहट बढ़ जाती है, जो स्थिरता में जेल जैसी होती है। साइटोप्लाज्मिक चिपचिपाहट की डिग्री न केवल कोशिका की उम्र, बल्कि इसकी शारीरिक गतिविधि को भी दर्शाती है। पुरानी संस्कृतियों में साइटोप्लाज्मिक चिपचिपाहट में वृद्धि कोशिकाओं की शारीरिक गतिविधि में कमी के लिए जिम्मेदार कारकों में से एक है। साइटोप्लाज्म वह माध्यम है जो सभी अंतःकोशिकीय संरचनाओं को एक ही प्रणाली में जोड़ता है।
राइबोसोम। एक जीवाणु कोशिका के साइटोप्लाज्म में लगातार 15-20 एनएम आकार की गोलाकार संरचनाएं होती हैं, जिनका आणविक भार 3106 होता है।
राइबोसोम में 60-65% राइबोसोमल आरएनए और 35-40% प्रोटीन होता है। उत्तरार्द्ध बुनियादी अमीनो एसिड में समृद्ध हैं। अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन के दौरान, जीवाणु राइबोसोम लगभग 70 स्वेडबर्ग इकाइयों (एस) 7 की दर से तलछट करते हैं, यही कारण है कि उन्हें 708-राइबोसोम कहा जाता है। यूकेरियोट्स के साइटोप्लाज्मिक राइबोसोम बड़े होते हैं और उन्हें 80S राइबोसोम कहा जाता है (उनका अवसादन स्थिरांक 80S है)।
प्रत्येक राइबोसोम में दो उपइकाइयाँ होती हैं: 30S और 50S, जो RNA अणुओं के आकार और उनमें मौजूद प्रोटीन की मात्रा में भिन्न होती हैं। बड़ी सबयूनिट (50S) में दो rRNA अणु - 5S और 23S और विभिन्न प्रोटीन के 35 अणु होते हैं। छोटी सबयूनिट (30S) में 16 rRNA का एक अणु और विभिन्न प्रकार के प्रोटीन के 21 अणु शामिल हैं। एक कोशिका में राइबोसोम की संख्या स्थिर नहीं होती - 5,000 से 90,000 तक। यह कोशिका की उम्र और जीवाणु संवर्धन की स्थितियों से निर्धारित होती है। न्यूनतम राशि अंतराल चरण की शुरुआत में निहित है, और अधिकतम - संस्कृति विकास के घातीय चरण में। ई. कोली में, पूर्ण पोषक माध्यम पर सक्रिय वृद्धि की अवधि के दौरान, 1 सेकंड में 5-6 राइबोसोम संश्लेषित होते हैं। बैक्टीरिया के साइटोप्लाज्म में उनमें से अधिकांश स्वतंत्र अवस्था में हैं, और बाकी मुक्त अवस्था में हैं
एस = 1 स्वेडबर्ग इकाई = 10"13 सेमी (सेकेंड) फ़ील्ड इकाई।

मैसेंजर आरएनए के स्ट्रैंड्स द्वारा पॉलीसोम में एकजुट। पॉलीसोम में राइबोसोम की संख्या कई दर्जन तक पहुँच सकती है। यह कोशिका की उच्च प्रोटीन-संश्लेषण गतिविधि को इंगित करता है, क्योंकि राइबोसोम प्रोटीन संश्लेषण का स्थल है। इन्हें लाक्षणिक रूप से प्रोटीन "कारखाने" कहा जाता है।
गैस रिक्तिकाएँ (एयरोसोम)। ये संरचनाएँ केवल कुछ पानी और मिट्टी के जीवाणुओं की विशेषता हैं। वे फोटोट्रॉफिक सल्फर बैक्टीरिया, रंगहीन फिलामेंटस बैक्टीरिया, साथ ही जीनस रेनोबैक्टर के बैक्टीरिया में पाए जाते हैं। एक कोशिका में इनकी संख्या 40-60 तक होती है (चित्र 3.17)। गैस रिक्तिकाएं पतली से घिरी होती हैं


चावल। 3.17. एरोसोम के साथ रेनोबैक्टर वोक्यूओलेटम कोशिका (आवर्धन x 70,000)

प्रोटीन झिल्ली. उनमें गैस के बुलबुले होते हैं, जिनकी संख्या स्थिर नहीं होती है। बुलबुले और एरोसोम में गैस की संरचना और दबाव आम तौर पर पर्यावरण में घुली गैसों की मात्रा से निर्धारित होता है। एरोसोम या तो संपीड़ित अवस्था में होते हैं या गैस माध्यम से भरे होते हैं। उनकी स्थिति पर्यावरण के हाइड्रोस्टेटिक दबाव द्वारा नियंत्रित होती है। दबाव में तेज वृद्धि से एरोसोम का संपीड़न होता है और कोशिकाएं अपनी उछाल खो देती हैं।
एरोसोम कोशिका की उछाल को नियंत्रित करते हैं, जिससे इसे वातन, प्रकाश और पोषक तत्व सामग्री की अनुकूल परिस्थितियों में ले जाने की क्षमता मिलती है। एक विशेष विशेषता गैस से भरे होने पर उनका एक बार का संचालन है। हाइड्रोस्टैटिक दबाव के प्रभाव में संपीड़न के बाद, उन्हें गैस से दोबारा नहीं भरा जाता है

धीरे-धीरे नष्ट हो जाते हैं। कोशिका उन्हें नये सिरे से बनाकर ही पुनरुत्पादित कर सकती है।
जब एरोसोम गैस से भर जाते हैं, तो बैक्टीरिया पानी की सतह पर बने रहते हैं; जब वे संपीड़ित होते हैं, तो वे इसकी मोटाई में डूब जाते हैं या जलाशय के निचले भाग में बस जाते हैं। गति की यह अनूठी विधि मुख्य रूप से उन जीवाणुओं में विकास की प्रक्रिया में विकसित की गई थी जिनमें फ्लैगेल्ला की कमी होती है और, परिणामस्वरूप, सक्रिय रूप से चलने की क्षमता होती है।
फ़ाइकोबिलिसोम्स। ये अंतःकोशिकीय संरचनाएँ सायनोबैक्टीरिया की विशेषता हैं। वे 28-55 एनएम के व्यास के साथ कणिकाओं के आकार के होते हैं और पानी में घुलनशील पिगमेंट - फ़ाइकोबिलिप्रोटीन के स्थानीयकरण का स्थान होते हैं, जो साइनोबैक्टीरिया का रंग निर्धारित करते हैं और प्रकाश संश्लेषण में शामिल होते हैं।
क्लोरोसोम, या क्लोरोबियम वेसिकल्स, ऐसी संरचनाएं हैं जिनमें जीनस क्लोरोबियम के हरे जीवाणुओं का प्रकाश संश्लेषक तंत्र स्थानीयकृत होता है। उनका आकार लम्बा है, 100-150 एनएम लंबा, 50-70 एनएम चौड़ा, एक एकल परत प्रोटीन झिल्ली से घिरा हुआ है। क्लोरोसोम साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के नीचे एक घनी परत में स्थित होते हैं, लेकिन भौतिक रूप से इससे अलग होते हैं। हरे बैक्टीरिया के क्लोरोसोम में प्रकाश संश्लेषण वर्णक - बैक्टीरियोक्लोरोफिल होते हैं, जो प्रकाश क्वांटा को अवशोषित करते हैं और ऊर्जा को प्रकाश संश्लेषण के प्रतिक्रिया केंद्रों में स्थानांतरित करते हैं।
कार्बोक्सीसोम्स। कुछ प्रकार के फोटोट्रॉफ़िक (साइनोबैक्टीरिया, कुछ बैंगनी बैक्टीरिया) और केमोलिथोट्रॉफ़िक (नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया) प्रोकैरियोट्स की कोशिकाओं में 90-500 एनएम के आकार के साथ पॉलीहेड्रॉन के आकार की संरचनाएं होती हैं। उनके द्वारा किए जाने वाले कार्य के अनुसार उन्हें कार्बोक्सीसोम कहा जाता है। इनमें एंजाइम राइबुलोज डिफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज होता है, जो केल्विन चक्र में राइबुलोज डिफॉस्फेट के साथ कार्बन डाइऑक्साइड की प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है। स्वपोषी जीवाणुओं में वे कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण का स्थल होते हैं। कार्बोक्सीसोम्स एक एकल-परत प्रोटीन झिल्ली से घिरे होते हैं, जो एंजाइम को इंट्रासेल्युलर प्रोटीज़ के प्रभाव से बचाता है।
अतिरिक्त पोषक तत्व* वर्णित संरचनात्मक तत्वों के अलावा, बैक्टीरिया के साइटोप्लाज्म में समावेशन के रूप में विभिन्न आकृतियों और आकारों के कण होते हैं। उनकी उपस्थिति
कोशिका स्थिर नहीं है और पोषक माध्यम की संरचना और संस्कृति की शारीरिक स्थिति से जुड़ी है। कई साइटोप्लाज्मिक समावेशन में ऐसे यौगिक होते हैं जो ऊर्जा के स्रोत और पोषक तत्वों के स्रोत के रूप में काम करते हैं। वे आम तौर पर ताजा, पोषक तत्वों से भरपूर मीडिया पर संस्कृतियों में बनते हैं, जब किसी कारण से कोशिका वृद्धि बाधित होती है, या सक्रिय विकास की अवधि के अंत के बाद। विभिन्न प्रकार के जीवाणुओं में समावेशन की रासायनिक संरचना भिन्न होती है और समान नहीं होती है। वे पॉलीसेकेराइड, लिपिड, क्रिस्टल और अकार्बनिक पदार्थों के कण हो सकते हैं।
पॉलीसेकेराइड में से, हमें सबसे पहले स्टार्च, ग्लाइकोजन और स्टार्च जैसे पदार्थ - ग्रैनुलोसा का उल्लेख करना चाहिए। सबसे आम ग्लाइकोजन है। यह बेसिली, साल्मोनेला, एस्चेरिचिया कोली, सार्डिन आदि में पाया जाता है। क्लोस्ट्रीडियम जीनस के बीजाणु-असर वाले अवायवीय जीवों की कोशिकाओं में छोटे ग्रैनुलोसा कणिकाएं होती हैं। इन समावेशन का उपयोग कोशिका द्वारा ऊर्जा और कार्बन के स्रोत के रूप में किया जाता है।
लिपिड बैक्टीरिया के कोशिका द्रव्य में छोटी बूंदों और दानों के रूप में जमा होते हैं। कई बैक्टीरिया में, लिपिड समावेशन को पॉली-पी-हाइड्रॉक्सीब्यूट्रिक एसिड द्वारा दर्शाया जाता है, जो अक्सर बैक्टीरिया के शुष्क बायोमास का 50% तक होता है। बैसिलस जीनस के बैक्टीरिया और फोटोट्रॉफिक बैक्टीरिया इस यौगिक में विशेष रूप से समृद्ध हैं। कार्बोहाइड्रेट से भरपूर मीडिया पर सूक्ष्मजीवों के विकास के दौरान पॉली-पी-हाइड्रॉक्सीब्यूट्रिक एसिड बड़ी मात्रा में संश्लेषित होता है। प्रत्येक पॉलीलैक्टाइड श्रृंखला में, पी-हाइड्रॉक्सीब्यूट्रिक एसिड अवशेष 60% तक होते हैं, और इसलिए यह यौगिक बैक्टीरिया के लिए ऊर्जा का एक आदर्श "भंडारगृह" है। कुछ सूक्ष्मजीव मोम और तटस्थ वसा (ट्राइग्लिसराइड्स) जमा करते हैं। इस प्रकार, माइकोबैक्टीरिया और एक्टिनोमाइसेट्स में, मोम कभी-कभी शुष्क द्रव्यमान का 40% तक बनाते हैं; जीनस कैंडिडा और रोडोटोरुला की खमीर कोशिकाएं तटस्थ वसा में समृद्ध होती हैं; उनकी संख्या लगभग 60% तक पहुंच जाती है।
सूक्ष्मजीवों में सभी लिपिड समावेशन ऊर्जा और कार्बन के स्रोत के रूप में कार्य करते हैं।
कई जीवाणुओं की कोशिकाओं में, वॉलुटिन अनाज नामक विशेष समावेशन अक्सर पाए जाते हैं। रासायनिक प्रकृति से, वॉलुटिन एक पॉलीफॉस्फेट है। नाम वोलुटिन

सल्फर बैक्टीरिया स्पिरिलम वॉलुटान्स की प्रजाति के नाम से आता है, जिसमें इन समावेशन का पहली बार वर्णन किया गया था। वोलुटिन में मेटाक्रोमेसिया का गुण होता है, अर्थात। कुछ रंगों में रंग परिवर्तन का कारण बनता है। यदि बैक्टीरिया मेथिलीन नीले या टोल्यूडीन नीले रंग से रंगे होते हैं, तो वॉलुटिन के दाने बैंगनी या लाल-बैंगनी रंग के हो जाते हैं। इस संबंध में, शोधकर्ता वी. बेब्स और ई. अर्न्स्ट, जिन्होंने सबसे पहले इन समावेशन का वर्णन किया था, ने उन्हें मेटाक्रोमैटिक अनाज कहा। वॉलुटिन अनाज का आकार गोलाकार होता है, जिसका आकार 0.5 माइक्रोन तक होता है। वे सूक्ष्मजीवों के अच्छे पोषण की स्थितियों में बनते हैं, विशेष रूप से कार्बोहाइड्रेट से समृद्ध मीडिया में, साथ ही पर्यावरण में ग्लिसरॉल की उपस्थिति में। वॉलुटिन रोगजनक और सैप्रोफाइटिक बैक्टीरिया दोनों की कोशिकाओं में पाया जाता है, उदाहरण के लिए, स्पिरिला, एज़ोटोबैक्टर और डिप्थीरिया के प्रेरक एजेंट।
वॉलुटिन का उपयोग कोशिका द्वारा मुख्य रूप से फॉस्फेट समूहों और आंशिक रूप से ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जाता है।
रंगहीन और बैंगनी सल्फर बैक्टीरिया में, सल्फाइड के ऑक्सीकरण के दौरान, खनिज सल्फर बूंदों के रूप में कोशिका के अंदर जमा हो जाता है। सल्फर का संचय हाइड्रोजन सल्फाइड H2S से समृद्ध वातावरण में होता है। जब पर्यावरण से सल्फाइड समाप्त हो जाते हैं, तो बैक्टीरिया इंट्रासेल्युलर सल्फर का उपयोग करते हैं। रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया के लिए यह ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करता है, प्रकाश संश्लेषक बैंगनी सल्फर बैक्टीरिया के लिए यह इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है।
सायनोबैक्टीरिया में, आरक्षित पदार्थ सायनोफाइसिन है। यह एक पॉलीपेप्टाइड है जिसमें आर्जिनिन और एसपारटिक एसिड होता है। पर्यावरण में नाइट्रोजन की कमी होने पर यह नाइट्रोजन के स्रोत के रूप में कार्य करता है। सायनोफाइसिन कणिकाओं का संचय संस्कृति विकास के स्थिर चरण में होता है और कोशिका के शुष्क वजन का 8% तक हो सकता है।

कोई भी जीवित कोशिका एक विशेष संरचना की एक पतली झिल्ली - साइटोप्लाज्मिक झिल्ली (सीपीएम) द्वारा पर्यावरण से अलग होती है। यूकेरियोट्स में कई इंट्रासेल्युलर झिल्ली होती हैं जो ऑर्गेनेल स्पेस को साइटोप्लाज्म से अलग करती हैं, जबकि अधिकांश प्रोकैरियोट्स के लिए सीपीएम एकमात्र कोशिका झिल्ली है। कुछ बैक्टीरिया और आर्किया में, यह साइटोप्लाज्म में प्रवेश कर सकता है, जिससे विभिन्न आकृतियों की वृद्धि और सिलवटें बन सकती हैं।

किसी भी कोशिका का सीपीएम एक ही योजना के अनुसार निर्मित होता है और इसमें फॉस्फोलिपिड्स होते हैं (चित्र 3.5, ए)।बैक्टीरिया में, उनमें दो फैटी एसिड होते हैं, आमतौर पर श्रृंखला में 16-18 कार्बन परमाणुओं के साथ और संतृप्त या एक असंतृप्त बंधन के साथ, एस्टर बंधन द्वारा ग्लिसरॉल के दो हाइड्रॉक्सिल समूहों से जुड़े होते हैं। बैक्टीरिया की फैटी एसिड संरचना पर्यावरणीय परिवर्तनों, विशेषकर तापमान की प्रतिक्रिया में भिन्न हो सकती है। जब तापमान घटता है, तो फॉस्फोलिपिड्स की संरचना में असंतृप्त फैटी एसिड की मात्रा बढ़ जाती है, जो झिल्ली की तरलता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। कुछ फैटी एसिड शाखित हो सकते हैं या उनमें साइक्लोप्रोपेन रिंग हो सकती है। ग्लिसरॉल का तीसरा OH समूह फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों से और इसके माध्यम से हेड समूह से जुड़ा होता है। फॉस्फोलिपिड्स के प्रमुख समूहों में अलग-अलग प्रोकैरियोट्स (फॉस्फेटिडाइलथेनॉलमाइन, फॉस्फेटिडिलग्लिसरॉल, कार्डियोलिपिन, फॉस्फेटिडिलसेरिन, लेसिथिन, आदि) में अलग-अलग रासायनिक प्रकृति हो सकती है, लेकिन वे यूकेरियोट्स की तुलना में संरचना में सरल होते हैं। उदाहरण के लिए, पर ई कोलाई,वे 75% फॉस्फेटिडाइलेथेनॉलमाइन, 20% फॉस्फेटिडिलग्लिसरॉल द्वारा दर्शाए जाते हैं, बाकी में कार्डियोलिपिन (डिफॉस्फेटिडिलग्लिसरॉल), फॉस्फेटिडिलसेरिन और अन्य यौगिकों की थोड़ी मात्रा होती है। अन्य जीवाणुओं में अधिक जटिल प्रकार के झिल्लीदार लिपिड होते हैं। कुछ कोशिकाएँ ग्लाइकोलिपिड बनाती हैं जैसे मोनोगैलेक्टोसिल डाइग्लिसराइड। आर्कियल झिल्ली लिपिड यूकेरियोटिक और बैक्टीरियल लिपिड से भिन्न होते हैं। फैटी एसिड के बजाय, उनमें उच्च आइसोप्रेनॉइड अल्कोहल होते हैं जो एस्टर बंधन के बजाय सरल तरीके से ग्लिसरॉल से जुड़े होते हैं।

चावल। 3.5.

ए- फॉस्फोलिपिड; बी- द्विपरत झिल्ली

ओ ओ ओ ओ ओ ओ

ऐसे अणु एक झिल्ली द्विपरत बनाते हैं, जहां हाइड्रोफोबिक भाग अंदर की ओर होते हैं, और हाइड्रोफिलिक भाग बाहर की ओर, पर्यावरण में और साइटोप्लाज्म में होते हैं (चित्र 3.5)। बी)।कई प्रोटीन बाइलेयर में अंतर्निहित या प्रतिच्छेदित होते हैं और झिल्ली के भीतर फैल सकते हैं, कभी-कभी जटिल परिसरों का निर्माण कर सकते हैं। मेम्ब्रेन प्रोटीन के कई महत्वपूर्ण कार्य होते हैं, जिनमें चयापचय ऊर्जा का रूपांतरण और भंडारण, सभी पोषक तत्वों और चयापचय उत्पादों के अवशोषण और रिलीज का विनियमन शामिल है। इसके अलावा, वे पर्यावरण में परिवर्तन को प्रतिबिंबित करने वाले कई संकेतों को पहचानते हैं और प्रसारित करते हैं और सेलुलर प्रतिक्रिया के लिए प्रतिक्रियाओं के संबंधित कैस्केड को ट्रिगर करते हैं। झिल्लियों के इस संगठन को तरल क्रिस्टल मॉडल द्वारा झिल्ली प्रोटीन के साथ मोज़ेक के साथ अच्छी तरह से समझाया गया है (चित्र 3.6)।

चावल। 3.6.

अधिकांश जैविक झिल्लियों की मोटाई 4 से 7 एनएम होती है। भारी धातुओं की तुलना में कोशिका झिल्ली ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में स्पष्ट रूप से दिखाई देती है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ में वे तीन-परत संरचनाओं की तरह दिखते हैं: दो बाहरी अंधेरे परतें लिपिड के ध्रुवीय समूहों की स्थिति दिखाती हैं, और हल्की मध्य परत हाइड्रोफोबिक आंतरिक स्थान दिखाती है (चित्र 3.7)।

झिल्लियों का अध्ययन करने की एक अन्य तकनीक तरल नाइट्रोजन तापमान पर जमी हुई विखंडित कोशिकाओं को प्राप्त करना और भारी धातुओं को छिड़क कर परिणामी सतहों को विपरीत बनाना है।

(प्लैटिनम, सोना, चांदी)। परिणामी तैयारियों को एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत देखा जाता है। इस मामले में, कोई झिल्ली की सतह और उसमें शामिल मोज़ेक झिल्ली प्रोटीन को देख सकता है, जो झिल्ली के माध्यम से विस्तारित नहीं होते हैं, लेकिन विशेष हाइड्रोफोबिक एंकर क्षेत्रों द्वारा बाइलेयर के हाइड्रोफोबिक क्षेत्र से जुड़े होते हैं।

चावल। 3.7.

सीपीएम में चयनात्मक पारगम्यता का गुण होता है, जो कोशिका के अंदर और बाहर अधिकांश पदार्थों की मुक्त गति को रोकता है, और कोशिका वृद्धि और विभाजन, गति और सतह और बाह्य प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट (एक्सोपॉलीसेकेराइड) के निर्यात में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। . यदि किसी कोशिका को साइटोप्लाज्म के अंदर की तुलना में अधिक या कम आसमाटिक दबाव वाले वातावरण में रखा जाता है, तो पानी कोशिका छोड़ देगा या पानी उसमें प्रवेश कर जाएगा। यह समाधान ग्रेडिएंट्स को बराबर करने के लिए पानी की संपत्ति को दर्शाता है। इस मामले में, साइटोप्लाज्म सिकुड़ता या फैलता है (प्लाज्मोलिसिस/डेप्लाज्मोलिसिस की घटना)। हालाँकि, अधिकांश बैक्टीरिया कठोर कोशिका भित्ति की उपस्थिति के कारण ऐसे प्रयोगों में अपना आकार नहीं बदलते हैं।

सीपीएम पोषक तत्वों और मेटाबोलाइट्स के प्रवाह को नियंत्रित करता है। झिल्लीदार लिपिड द्वारा गठित एक हाइड्रोफोबिक परत की उपस्थिति इसके माध्यम से किसी भी ध्रुवीय अणुओं और मैक्रोमोलेक्यूल्स के पारित होने को रोकती है। यह गुण कोशिकाओं को, जो आम तौर पर तनु समाधानों में मौजूद होते हैं, उपयोगी मैक्रोमोलेक्यूल्स और चयापचय अग्रदूतों को बनाए रखने की अनुमति देता है। कोशिका झिल्ली को परिवहन कार्य करने के लिए भी डिज़ाइन किया गया है। आमतौर पर, प्रोकैरियोट्स में बड़ी संख्या में बहुत विशिष्ट परिवहन प्रणालियाँ होती हैं। परिवहन कोशिका के समग्र बायोएनर्जेटिक्स का एक अभिन्न अंग है, जो पदार्थों के परिवहन और कोशिका के लिए आवश्यक अन्य ग्रेडिएंट बनाने के लिए सीपीएम के माध्यम से विभिन्न आयनिक ग्रेडिएंट का निर्माण और उपयोग करता है। सीपीएम कोशिका की गति, वृद्धि और विभाजन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कई चयापचय प्रक्रियाएं प्रोकैरियोट्स की झिल्ली में केंद्रित होती हैं। झिल्ली प्रोटीन महत्वपूर्ण कार्य करते हैं: वे ऊर्जा के परिवर्तन और भंडारण में भाग लेते हैं, सभी पोषक तत्वों और चयापचय उत्पादों के अवशोषण और रिलीज को नियंत्रित करते हैं, पर्यावरण में परिवर्तन के बारे में संकेतों को पहचानते हैं और प्रसारित करते हैं।

साइटोप्लाज्मिक कोशिका झिल्ली में तीन परतें होती हैं:

बाह्य – प्रोटीन;

मध्य - लिपिड की द्विआण्विक परत;

आंतरिक - प्रोटीन.

झिल्ली की मोटाई 7.5-10 एनएम है। लिपिड की द्विआण्विक परत झिल्ली का मैट्रिक्स है। दोनों परतों के लिपिड अणु उनमें डूबे प्रोटीन अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। 60 से 75% झिल्लीदार लिपिड फॉस्फोलिपिड होते हैं, 15-30% कोलेस्ट्रॉल होते हैं। प्रोटीन का प्रतिनिधित्व मुख्य रूप से ग्लाइकोप्रोटीन द्वारा किया जाता है। अंतर करना अभिन्न प्रोटीन, संपूर्ण झिल्ली में व्याप्त, और परिधीयबाहरी या भीतरी सतह पर स्थित है।

अभिन्न प्रोटीनआयन चैनल बनाते हैं जो बाह्य और अंतःकोशिकीय द्रव के बीच कुछ आयनों के आदान-प्रदान को सुनिश्चित करते हैं। वे एंजाइम भी हैं जो झिल्ली के पार आयनों के प्रति-क्रमिक परिवहन को अंजाम देते हैं।

परिधीय प्रोटीनझिल्ली की बाहरी सतह पर केमोरिसेप्टर होते हैं जो विभिन्न शारीरिक रूप से सक्रिय पदार्थों के साथ बातचीत कर सकते हैं।

झिल्ली कार्य:

1. ऊतक की संरचनात्मक इकाई के रूप में कोशिका की अखंडता सुनिश्चित करता है।

साइटोप्लाज्म और बाह्यकोशिकीय द्रव के बीच आयनों का आदान-प्रदान करता है।

कोशिका के अंदर और बाहर आयनों और अन्य पदार्थों का सक्रिय परिवहन प्रदान करता है।

रासायनिक और विद्युत संकेतों के रूप में कोशिका में आने वाली जानकारी की धारणा और प्रसंस्करण करता है।

कोशिका उत्तेजना के तंत्र। बायोइलेक्ट्रिक घटना में अनुसंधान का इतिहास।

शरीर में प्रसारित अधिकांश जानकारी विद्युत संकेतों (उदाहरण के लिए, तंत्रिका आवेग) का रूप लेती है। पशु विद्युत की उपस्थिति सबसे पहले 1786 में प्राकृतिक वैज्ञानिक (फिजियोलॉजिस्ट) एल. गैलवानी द्वारा स्थापित की गई थी। वायुमंडलीय बिजली का अध्ययन करने के लिए, उन्होंने तांबे के हुक पर मेंढक के पैरों की न्यूरोमस्कुलर तैयारी को निलंबित कर दिया। जब ये पंजे बालकनी की लोहे की रेलिंग से छू गए तो मांसपेशियों में संकुचन हुआ. इससे न्यूरोमस्कुलर दवा की तंत्रिका पर किसी प्रकार की बिजली की क्रिया का संकेत मिला। गैलवानी का मानना ​​था कि ऐसा जीवित ऊतकों में बिजली की उपस्थिति के कारण था। हालाँकि, ए वोल्टा ने स्थापित किया कि बिजली का स्रोत दो असमान धातुओं - तांबा और लोहे के संपर्क का स्थान है। फिजियोलॉजी में गैलवानी का पहला शास्त्रीय प्रयोगतांबे और लोहे से बने द्विधातु चिमटी के साथ न्यूरोमस्कुलर तैयारी की तंत्रिका को छूना माना जाता है। यह साबित करने के लिए कि वह सही था, गैलवानी ने उत्पादन किया दूसरा अनुभव. उन्होंने न्यूरोमस्कुलर तैयारी को संक्रमित करने वाली तंत्रिका के सिरे को उसकी मांसपेशी के कट पर फेंक दिया। परिणामस्वरूप, यह कम हो गया। हालाँकि, इस अनुभव ने गैलवानी के समकालीनों को आश्वस्त नहीं किया। इसलिए, एक अन्य इतालवी, माटेयुसी ने निम्नलिखित प्रयोग किया। उन्होंने एक मेंढक न्यूरोमस्कुलर तैयारी की तंत्रिका को दूसरे की मांसपेशी पर आरोपित किया, जो एक परेशान धारा के प्रभाव में सिकुड़ गई। नतीजा यह हुआ कि पहली दवा भी सिकुड़ने लगी। इसने एक मांसपेशी से दूसरी मांसपेशी में विद्युत (क्रिया क्षमता) के स्थानांतरण का संकेत दिया। मांसपेशियों के क्षतिग्रस्त और क्षतिग्रस्त क्षेत्रों के बीच संभावित अंतर की उपस्थिति पहली बार 19वीं शताब्दी में माटेउसी द्वारा एक स्ट्रिंग गैल्वेनोमीटर (एमीटर) का उपयोग करके सटीक रूप से स्थापित की गई थी। इसके अलावा, कट पर एक नकारात्मक चार्ज था, और मांसपेशियों की सतह पर एक नकारात्मक चार्ज था। सकारात्मक आरोप।

कोशिका द्रव्य- कोशिका का एक अनिवार्य हिस्सा, प्लाज्मा झिल्ली और नाभिक के बीच संलग्न; हाइलोप्लाज्म (साइटोप्लाज्म का मुख्य पदार्थ), ऑर्गेनेल (साइटोप्लाज्म के स्थायी घटक) और समावेशन (साइटोप्लाज्म के अस्थायी घटक) में विभाजित किया गया है। साइटोप्लाज्म की रासायनिक संरचना: आधार पानी (साइटोप्लाज्म के कुल द्रव्यमान का 60-90%), विभिन्न कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिक हैं। साइटोप्लाज्म में क्षारीय प्रतिक्रिया होती है। यूकेरियोटिक कोशिका के कोशिका द्रव्य की एक विशिष्ट विशेषता निरंतर गति है ( चक्रवात). इसका पता मुख्य रूप से क्लोरोप्लास्ट जैसे कोशिकांगों की गति से लगाया जाता है। यदि साइटोप्लाज्म की गति रुक ​​जाती है, तो कोशिका मर जाती है, क्योंकि निरंतर गति में रहकर ही यह अपना कार्य कर सकती है।

हायलोप्लाज्मा ( साइटोसोल) एक रंगहीन, चिपचिपा, गाढ़ा और पारदर्शी कोलाइडल घोल है। इसमें यह है कि सभी चयापचय प्रक्रियाएं होती हैं, यह नाभिक और सभी अंगों का अंतर्संबंध सुनिश्चित करता है। हाइलोप्लाज्म में तरल भाग या बड़े अणुओं की प्रबलता के आधार पर, हाइलोप्लाज्म के दो रूप प्रतिष्ठित हैं: प- अधिक तरल हाइलोप्लाज्म और जेल- गाढ़ा हाइलोप्लाज्म। उनके बीच पारस्परिक संक्रमण संभव है: जेल एक सोल में बदल जाता है और इसके विपरीत।

साइटोप्लाज्म के कार्य:

1. सभी कोशिका घटकों को एक ही प्रणाली में संयोजित करना,
2. कई जैव रासायनिक और शारीरिक प्रक्रियाओं के पारित होने के लिए पर्यावरण,
3. जीवों के अस्तित्व और कामकाज के लिए वातावरण।

कोशिका की झिल्लियाँ

कोशिका की झिल्लियाँयूकेरियोटिक कोशिकाओं को सीमित करें। प्रत्येक कोशिका झिल्ली में, कम से कम दो परतों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। आंतरिक परत साइटोप्लाज्म से सटी होती है और इसका प्रतिनिधित्व करती है प्लाज्मा झिल्ली(समानार्थी शब्द - प्लाज़्मालेम्मा, कोशिका झिल्ली, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली), जिसके ऊपर बाहरी परत बनी होती है। जंतु कोशिका में यह पतला होता है और कहलाता है glycocalyx(ग्लाइकोप्रोटीन, ग्लाइकोलिपिड्स, लिपोप्रोटीन द्वारा निर्मित), पौधे की कोशिका में - मोटी, कहलाती है कोशिका भित्ति(सेलूलोज़ द्वारा निर्मित)।

सभी जैविक झिल्लियों में सामान्य संरचनात्मक विशेषताएं और गुण होते हैं। यह वर्तमान में आम तौर पर स्वीकृत है झिल्ली संरचना का द्रव मोज़ेक मॉडल. झिल्ली का आधार एक लिपिड बाईलेयर है जो मुख्य रूप से फॉस्फोलिपिड्स द्वारा निर्मित होता है। फॉस्फोलिपिड ट्राइग्लिसराइड्स हैं जिनमें एक फैटी एसिड अवशेष को फॉस्फोरिक एसिड अवशेष द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है; फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों वाले अणु के अनुभाग को हाइड्रोफिलिक हेड कहा जाता है, फैटी एसिड अवशेषों वाले अनुभागों को हाइड्रोफोबिक टेल्स कहा जाता है। झिल्ली में, फॉस्फोलिपिड्स को कड़ाई से क्रमबद्ध तरीके से व्यवस्थित किया जाता है: अणुओं की हाइड्रोफोबिक पूंछ एक-दूसरे का सामना करती हैं, और हाइड्रोफिलिक सिर बाहर की ओर, पानी की ओर होते हैं।

लिपिड के अलावा, झिल्ली में प्रोटीन (औसतन ≈ 60%) होता है। वे झिल्ली के अधिकांश विशिष्ट कार्यों (कुछ अणुओं का परिवहन, प्रतिक्रियाओं का उत्प्रेरण, पर्यावरण से संकेत प्राप्त करना और परिवर्तित करना आदि) निर्धारित करते हैं। वहाँ हैं: 1) परिधीय प्रोटीन(लिपिड बाईलेयर की बाहरी या भीतरी सतह पर स्थित), 2) अर्ध-अभिन्न प्रोटीन(अलग-अलग गहराई तक लिपिड बाईलेयर में डूबा हुआ), 3) अभिन्न, या ट्रांसमेम्ब्रेन, प्रोटीन(कोशिका के बाहरी और आंतरिक वातावरण दोनों से संपर्क करते हुए, झिल्ली को छेदें)। इंटीग्रल प्रोटीन को कुछ मामलों में चैनल-फॉर्मिंग या चैनल प्रोटीन कहा जाता है, क्योंकि उन्हें हाइड्रोफिलिक चैनल माना जा सकता है जिसके माध्यम से ध्रुवीय अणु कोशिका में गुजरते हैं (झिल्ली का लिपिड घटक उन्हें अंदर नहीं जाने देता)।

ए - हाइड्रोफिलिक फॉस्फोलिपिड सिर; बी - हाइड्रोफोबिक फॉस्फोलिपिड पूंछ; 1 - प्रोटीन ई और एफ के हाइड्रोफोबिक क्षेत्र; 2 - प्रोटीन एफ के हाइड्रोफिलिक क्षेत्र; 3 - ग्लाइकोलिपिड अणु में लिपिड से जुड़ी शाखित ऑलिगोसेकेराइड श्रृंखला (ग्लाइकोलिपिड ग्लाइकोप्रोटीन की तुलना में कम आम हैं); 4 - ग्लाइकोप्रोटीन अणु में प्रोटीन से जुड़ी शाखित ऑलिगोसेकेराइड श्रृंखला; 5 - हाइड्रोफिलिक चैनल (एक छिद्र के रूप में कार्य करता है जिसके माध्यम से आयन और कुछ ध्रुवीय अणु गुजर सकते हैं)।

झिल्ली में कार्बोहाइड्रेट (10% तक) हो सकते हैं। झिल्लियों के कार्बोहाइड्रेट घटक को प्रोटीन अणुओं (ग्लाइकोप्रोटीन) या लिपिड (ग्लाइकोलिपिड्स) से जुड़े ऑलिगोसेकेराइड या पॉलीसेकेराइड श्रृंखलाओं द्वारा दर्शाया जाता है। कार्बोहाइड्रेट मुख्यतः झिल्ली की बाहरी सतह पर स्थित होते हैं। कार्बोहाइड्रेट झिल्ली के रिसेप्टर कार्य प्रदान करते हैं। पशु कोशिकाओं में, ग्लाइकोप्रोटीन एक सुप्रा-झिल्ली कॉम्प्लेक्स, ग्लाइकोकैलिक्स बनाते हैं, जो कई दसियों नैनोमीटर मोटा होता है। इसमें कई कोशिका रिसेप्टर्स होते हैं और इसकी मदद से कोशिका आसंजन होता है।

प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट और लिपिड के अणु गतिशील होते हैं, जो झिल्ली के तल में गति करने में सक्षम होते हैं। प्लाज्मा झिल्ली की मोटाई लगभग 7.5 एनएम है।

झिल्लियों के कार्य

झिल्ली निम्नलिखित कार्य करती है:

1. बाहरी वातावरण से सेलुलर सामग्री को अलग करना,
2. कोशिका और पर्यावरण के बीच चयापचय का विनियमन,
3. कोशिका को डिब्बों ("डिब्बों") में विभाजित करना,
4. "एंजाइमी कन्वेयर" के स्थानीयकरण का स्थान,
5. बहुकोशिकीय जीवों के ऊतकों में कोशिकाओं के बीच संचार सुनिश्चित करना (आसंजन),
6. संकेत पहचान.

सबसे महत्वपूर्ण झिल्ली गुण- चयनात्मक पारगम्यता, यानी झिल्ली कुछ पदार्थों या अणुओं के लिए अत्यधिक पारगम्य होती है और दूसरों के लिए खराब पारगम्य (या पूरी तरह से अभेद्य) होती है। यह गुण झिल्लियों के नियामक कार्य को रेखांकित करता है, जो कोशिका और बाहरी वातावरण के बीच पदार्थों के आदान-प्रदान को सुनिश्चित करता है। कोशिका झिल्ली से पदार्थों के गुजरने की प्रक्रिया कहलाती है पदार्थों का परिवहन. वहाँ हैं: 1) नकारात्मक परिवहन- ऊर्जा की खपत के बिना पदार्थों को पारित करने की प्रक्रिया; 2) सक्रिय ट्रांसपोर्ट- पदार्थों के पारित होने की प्रक्रिया जो ऊर्जा के व्यय के साथ होती है।

पर नकारात्मक परिवहनपदार्थ उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से निचले क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं, अर्थात। एकाग्रता ढाल के साथ. किसी भी घोल में विलायक और विलेय के अणु होते हैं। विलेय अणुओं की गति की प्रक्रिया को विसरण कहा जाता है, और विलायक अणुओं की गति को परासरण कहा जाता है। यदि अणु आवेशित है तो उसका परिवहन विद्युतीय प्रवणता से भी प्रभावित होता है। इसलिए, लोग अक्सर एक इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट के बारे में बात करते हैं, जो दोनों ग्रेडिएंट को एक साथ जोड़ता है। परिवहन की गति ढाल के परिमाण पर निर्भर करती है।

निम्नलिखित प्रकार के निष्क्रिय परिवहन को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: 1) सरल विस्तार- लिपिड बाईलेयर (ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड) के माध्यम से सीधे पदार्थों का परिवहन; 2) झिल्ली चैनलों के माध्यम से प्रसार— चैनल बनाने वाले प्रोटीन (Na +, K +, Ca 2+, Cl -) के माध्यम से परिवहन; 3) सुविधा विसरण- विशेष परिवहन प्रोटीन का उपयोग करके पदार्थों का परिवहन, जिनमें से प्रत्येक कुछ अणुओं या संबंधित अणुओं के समूहों (ग्लूकोज, अमीनो एसिड, न्यूक्लियोटाइड) की गति के लिए जिम्मेदार है; 4) असमस- पानी के अणुओं का परिवहन (सभी जैविक प्रणालियों में विलायक पानी है)।

ज़रूरत सक्रिय ट्रांसपोर्टतब होता है जब एक विद्युत रासायनिक प्रवणता के विरुद्ध एक झिल्ली के पार अणुओं के परिवहन को सुनिश्चित करना आवश्यक होता है। यह परिवहन विशेष वाहक प्रोटीन द्वारा किया जाता है, जिसकी गतिविधि के लिए ऊर्जा व्यय की आवश्यकता होती है। ऊर्जा स्रोत एटीपी अणु हैं। सक्रिय परिवहन में शामिल हैं: 1) Na + /K + पंप (सोडियम-पोटेशियम पंप), 2) एंडोसाइटोसिस, 3) एक्सोसाइटोसिस।

Na + /K + पंप का संचालन. सामान्य कामकाज के लिए, कोशिका को साइटोप्लाज्म और बाहरी वातावरण में K + और Na + आयनों का एक निश्चित अनुपात बनाए रखना चाहिए। कोशिका के अंदर K+ की सांद्रता उसके बाहर की तुलना में काफी अधिक होनी चाहिए, और Na+ - इसके विपरीत। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि Na + और K + झिल्ली छिद्रों के माध्यम से स्वतंत्र रूप से फैल सकते हैं। Na + /K + पंप इन आयनों की सांद्रता के समीकरण का प्रतिकार करता है और सक्रिय रूप से Na + को कोशिका से बाहर और K + को कोशिका में पंप करता है। Na + /K + पंप एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन है जो गठनात्मक परिवर्तन करने में सक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप यह K + और Na + दोनों को जोड़ सकता है। Na + /K + पंप चक्र को निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया जा सकता है: 1) झिल्ली के अंदर से Na + का समावेश, 2) पंप प्रोटीन का फॉस्फोराइलेशन, 3) बाह्य कोशिकीय स्थान में Na + का विमोचन, 4) झिल्ली के बाहर से K+ को जोड़ना, 5) पंप प्रोटीन का डिफॉस्फोराइलेशन, 6) इंट्रासेल्युलर स्पेस में K+ को छोड़ना। कोशिका के कामकाज के लिए आवश्यक सारी ऊर्जा का लगभग एक तिहाई सोडियम-पोटेशियम पंप के संचालन पर खर्च होता है। ऑपरेशन के एक चक्र में, पंप सेल से 3Na+ पंप करता है और 2K+ पंप करता है।

एन्डोसाइटोसिस- कोशिका द्वारा बड़े कणों और मैक्रोमोलेक्यूल्स के अवशोषण की प्रक्रिया। एन्डोसाइटोसिस दो प्रकार के होते हैं: 1) phagocytosis- बड़े कणों (कोशिकाओं, कोशिकाओं के भाग, मैक्रोमोलेक्यूल्स) को पकड़ना और अवशोषित करना और 2) पिनोसाइटोसिस- तरल पदार्थ (समाधान, कोलाइडल समाधान, निलंबन) का कब्जा और अवशोषण। फागोसाइटोसिस की घटना की खोज आई.आई. द्वारा की गई थी। 1882 में मेचनिकोव। एंडोसाइटोसिस के दौरान, प्लाज्मा झिल्ली एक इनवेजिनेशन बनाती है, इसके किनारे विलीन हो जाते हैं, और एक झिल्ली द्वारा साइटोप्लाज्म से सीमांकित संरचनाएं साइटोप्लाज्म में चिपक जाती हैं। कई प्रोटोजोआ और कुछ ल्यूकोसाइट्स फागोसाइटोसिस में सक्षम हैं। पिनोसाइटोसिस आंतों के उपकला कोशिकाओं और रक्त केशिकाओं के एंडोथेलियम में देखा जाता है।

एक्सोसाइटोसिस- एन्डोसाइटोसिस के विपरीत एक प्रक्रिया: कोशिका से विभिन्न पदार्थों को निकालना। एक्सोसाइटोसिस के दौरान, पुटिका झिल्ली बाहरी साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के साथ विलीन हो जाती है, पुटिका की सामग्री कोशिका के बाहर हटा दी जाती है, और इसकी झिल्ली बाहरी साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में शामिल हो जाती है। इस प्रकार, अंतःस्रावी ग्रंथियों की कोशिकाओं से हार्मोन हटा दिए जाते हैं; प्रोटोजोआ में, बिना पचे भोजन के अवशेष हटा दिए जाते हैं।

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जाओ व्याख्यान संख्या 7"यूकेरियोटिक कोशिका: अंगकों की संरचना और कार्य"