Czy prokarioty mają ściany komórkowe?

Zawartość

• Ogólna charakterystyka komórek
• Ogólna struktura komórek prokariotycznych
• Struktura ściany komórkowej bakterii
• Bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne
• Gram-dodatnie bakteryjne ściany komórkowe
• Rola kwasów teichoicznych
• Gram-ujemne bakteryjne ściany komórkowe
• Narzędzia bakterii Gram-ujemnych
• Ściany komórkowe Archaea
• Dlaczego ściana komórkowa jest ważna?
• Odporność na antybiotyki

Prokariota reprezentują jedną z dwóch głównych klasyfikacji życia. Inne to eukarionty.

Prokarionty wyróżniają się niższym poziomem złożoności. Wszystkie są mikroskopijne, choć niekoniecznie jednokomórkowe. Są one podzielone na domeny Archaea i bakteria, ale ogromna większość znanych gatunków prokariotycznych to bakterie, które istnieją na Ziemi od około 3,5 miliarda lat.

Komórki prokariotyczne nie mają jąder ani organelli związanych z błoną. Jednak 90 procent bakterii ma ściany komórkowe, których, z wyjątkiem komórek roślinnych i niektórych komórek grzybowych, brak komórek eukariotycznych. Te ściany komórkowe tworzą zewnętrzną warstwę bakterii i stanowią część kapsułka bakteryjna.

Stabilizują i chronią komórkę i są niezbędne, aby bakterie mogły infekować komórki gospodarza, a także odpowiedź bakterii na antybiotyki.

Ogólna charakterystyka komórek

Wszystkie komórki w naturze mają wiele wspólnych cech. Jednym z nich jest obecność zewnętrznego Błona komórkowalub membrana plazmowa, który tworzy fizyczną granicę komórki ze wszystkich stron. Kolejna to substancja znana jako cytoplazma znaleziony w błonie komórkowej.

Trzecią jest włączenie materiału genetycznego w postaci DNA, lub kwas dezoksyrybonukleinowy. Czwarta to obecność rybosomy, które produkują białka. Każda żywa komórka wykorzystuje ATP (trifosforan adenozyny) do energii.

Ogólna struktura komórek prokariotycznych

Struktura prokariotów jest prosta. W tych komórkach DNA, zamiast być upakowane w jądrze zamkniętym w błonie jądrowej, znajduje się luźniej gromadzone w cytoplazmie, w postaci ciała zwanego nukleoid.

Zwykle ma to postać okrągłego chromosomu.

Rybosomy komórki prokariotycznej znajdują się rozproszone w cytoplazmie komórkowej, podczas gdy u eukariotów niektóre z nich znajdują się w organellach, takich jak Aparat Golgiego i retikulum endoplazmatyczne. Zadaniem Ribosomes jest synteza białek.

Bakterie rozmnażają się poprzez rozszczepienie binarne lub po prostu dzielenie na dwa i równomierne dzielenie składników komórkowych, w tym informacji genetycznej w pojedynczym małym chromosomie.

W przeciwieństwie do mitozy ta forma podziału komórek nie wymaga odrębnych etapów.

Struktura ściany komórkowej bakterii

Unikalne peptydoglikany: Wszystkie ściany komórkowe roślin i bakteryjne ściany komórkowe składają się głównie z łańcuchów węglowodanowych.

Ale podczas gdy ściany komórkowe roślin zawierają celulozę, którą zobaczysz w składnikach wielu pokarmów, ściany komórek bakteryjnych zawierają substancję zwaną peptydoglikan, czego nie zrobisz.

Ten peptydoglikan, który jest znaleziony tylko u prokariotów, występuje w różnych typach; nadaje komórce jako całości jej kształt i zapewnia ochronę komórki przed zniewagami mechanicznymi.

Peptydoglikany składają się z kręgosłupa zwanego glikan, z którego sam składa się kwas muramowy i glukozamina, z których oba z kolei mają grupy acetylowe przyłączone do ich atomów azotu. Obejmują one także łańcuchy peptydowe aminokwasów, które są usieciowane z innymi, pobliskimi łańcuchami peptydowymi.

Siła tych „mostkowych” interakcji różni się znacznie między różnymi peptydoglikanami, a zatem między różnymi bakteriami.

Ta cecha, jak zobaczycie, pozwala na klasyfikację bakterii do różnych typów na podstawie reakcji ich ścian komórkowych na pewną substancję chemiczną.

Połączenia krzyżowe powstają w wyniku działania enzymu zwanego a transpeptydaza, który jest celem klasy antybiotyków stosowanych w zwalczaniu chorób zakaźnych u ludzi i innych organizmów.

Bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne

Podczas gdy wszystkie bakterie mają ścianę komórkową, jej skład zmienia się w zależności od gatunku ze względu na różnice w zawartości peptydoglikanu, którego ściany komórkowe są częściowo lub w większości wykonane.

Bakterie można podzielić na dwa typy zwane gram-dodatnimi i gram-ujemnymi.

Są one nazwane na cześć biologa Hans Christian Gram, pionier biologii komórki, który opracował technikę barwienia w latach 80. XIX wieku, trafnie nazwany Plama Gram, co spowodowało, że niektóre bakterie stały się fioletowe lub niebieskie, a inne stały się czerwone lub różowe.

Pierwszy typ bakterii stał się znany jako gram-dodatni, a ich właściwości barwienia można przypisać faktowi, że ich ściany komórkowe zawierają bardzo wysoką frakcję peptydoglikanu w stosunku do całej ściany.

Bakterie zabarwione na czerwono lub różowo są znane jako gram-ujemnyi, jak można się domyślać, bakterie te mają ściany, które składają się z niewielkiej do niewielkiej ilości peptydoglikanu.

W bakteriach Gram-ujemnych cienka błona leży poza ścianą komórki, tworząc obwiednia komórki.

Ta warstwa jest podobna do błony komórkowej komórki, która leży po drugiej stronie ściany komórki, bliżej wnętrza komórki. W niektórych komórkach gramujemnych, takich jak E coli, błona komórkowa i otoczka jądrowa faktycznie stykają się w niektórych miejscach, penetrując peptydoglikan cienkiej ściany między nimi.

Ta otoczka jądrowa zawiera rozciągające się na zewnątrz cząsteczki zwane lipopolisacharydy, lub LPS. Z wnętrza tej błony rozciągają się lipoproteiny mureiny, które są przymocowane na drugim końcu do zewnętrznej ściany komórki.

Gram-dodatnie bakteryjne ściany komórkowe

Bakterie Gram-dodatnie mają grubą ścianę komórkową peptydoglikanu, o grubości około 20 do 80 nm (nanometrów lub jednej miliardowej części metra).

Przykłady obejmują gronkowce, paciorkowce, pałeczki kwasu mlekowego i Bakcyl gatunki.

Te bakterie plami fioletowy lub czerwony, ale zwykle purpurowy, z barwieniem Grama, ponieważ peptydoglikan zachowuje fioletowy barwnik zastosowany na początku procedury, gdy preparat jest później przemywany alkoholem.

Ta bardziej wytrzymała ściana komórkowa zapewnia bakteriom Gram-dodatnim lepszą ochronę przed większością zniewag zewnętrznych w porównaniu z bakteriami Gram-ujemnymi, chociaż wysoka zawartość peptydoglikanu tych organizmów tworzy z murów jednowymiarową fortecę, co z kolei stanowi nieco łatwiejszą strategię dotyczącą jej zniszczenia.

••• Nauka

Bakterie Gram-dodatnie są na ogół bardziej podatne na antybiotyki, które atakują ścianę komórkową, niż gatunki Gram-ujemne, ponieważ są narażone na działanie środowiska, w przeciwieństwie do siedzenia pod lub wewnątrz otoczki komórkowej.

Rola kwasów teichoicznych

Warstwy peptydoglikanu bakterii Gram-dodatnich są zwykle bogate w cząsteczki zwane kwasy teichoinowelub TA.

Są to łańcuchy węglowodanowe, które docierają, a czasem przechodzą przez warstwę peptydoglikanu.

Uważa się, że TA stabilizuje peptydoglikan wokół niego po prostu przez jego usztywnienie, a nie poprzez wywieranie jakichkolwiek właściwości chemicznych.

TA jest częściowo odpowiedzialny za zdolność niektórych bakterii Gram-dodatnich, takich jak gatunki paciorkowców, do wiązania się ze specyficznymi białkami na powierzchni komórek gospodarza, co ułatwia ich zdolność do wywoływania infekcji, aw wielu przypadkach chorób.

Kiedy bakterie lub inne mikroorganizmy są zdolne do wywoływania chorób zakaźnych, określa się je mianem patogenny.

Ściany komórkowe bakterii Rodzina prątków, oprócz zawierających peptydoglikan i TA, mają zewnętrzną „woskową” warstwę wykonaną z kwasy mikolowe. Bakterie te znane są jako „kwasoodporny,”, Ponieważ tego rodzaju plamy są potrzebne do penetracji tej warstwy woskowej, aby umożliwić użyteczne badanie mikroskopowe.

Gram-ujemne bakteryjne ściany komórkowe

Bakterie Gram-ujemne, podobnie jak ich gram-dodatnie odpowiedniki, mają ściany komórkowe peptydoglikanu.

Jednak ściana jest znacznie cieńsza, ma tylko około 5 do 10 nm grubości. Ściany te nie zabarwiają się na fioletowo barwnikiem Grama, ponieważ ich mniejsza zawartość peptydoglikanu oznacza, że ​​ściana nie może utrzymać zbyt dużej ilości barwnika, gdy preparat jest przemywany alkoholem, co powoduje różowy lub czerwonawy kolor na końcu.

Jak wspomniano powyżej, ściana komórkowa nie jest najbardziej zewnętrzną z późniejszych bakterii, ale jest przykryta inną błoną plazmową, otoczką komórki lub błoną zewnętrzną.

Warstwa ta ma grubość około 7,5 do 10 nm, co stanowi konkurencję lub grubość ścianki komórki.

W większości bakterii Gram-ujemnych otoczka komórki jest połączona z rodzajem cząsteczki lipoproteiny zwanej lipoproteiną Brauna, która z kolei jest połączona z peptydoglikanem ściany komórkowej.

Narzędzia bakterii Gram-ujemnych

Bakterie Gram-ujemne są na ogół mniej podatne na antybiotyki atakujące ścianę komórkową, ponieważ nie są narażone na działanie środowiska; nadal ma zewnętrzną membranę dla ochrony.

Ponadto u bakterii Gram-ujemnych matryca żelowa zajmuje terytorium wewnątrz ściany komórkowej i poza błoną plazmatyczną zwaną przestrzenią peryplazmatyczną.

Peptydoglikanowy składnik ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych ma tylko około 4 nm grubości.

Tam, gdzie gram-dodatnia bakteryjna ściana komórkowa miałaby więcej peptydoglikanów do podania swojej substancji ściankowej, gram-ujemny błąd ma inne narzędzia w swojej zewnętrznej błonie.

Każda cząsteczka LPS składa się z podjednostki Lipid A bogatej w kwasy tłuszczowe, małego rdzenia polisacharydu i łańcucha bocznego O wykonanego z cząsteczek podobnych do cukru. Ten łańcuch boczny O tworzy zewnętrzną stronę LPS.

Dokładny skład łańcucha bocznego jest różny dla różnych gatunków bakterii.

Części łańcucha bocznego O zwane antygenami można zidentyfikować za pomocą testów laboratoryjnych w celu zidentyfikowania określonych patogennych szczepów bakteryjnych („szczep” jest podtypem gatunku bakteryjnego, takiego jak rasa psa).

Ściany komórkowe Archaea

Archaea są bardziej zróżnicowane niż bakterie, podobnie jak ich ściany komórkowe. W szczególności ściany te nie zawierają peptydoglikanu.

Raczej zawierają zwykle podobnie zwaną cząsteczkę zwaną pseudopeptidoglikanlub pseudomureina. W tej substancji część zwykłego peptydoglikanu o nazwie NAM jest zastępowana inną podjednostką.

Niektóre archeony mogą zamiast tego mieć warstwę glikoproteiny lub polisacharydy które zastępują ścianę komórkową zamiast pseudopeptidoglikanu. Wreszcie, podobnie jak w przypadku niektórych gatunków bakterii, niektórym archeonom brakuje ścian komórkowych.

Archaea, które zawierają pseudomureinę są niewrażliwy na antybiotyki z klasy penicylin ponieważ leki te są inhibitorami transpeptydazy, które zakłócają syntezę peptydoglikanu.

W tych archeonach nie ma syntezowanych peptydoglikanów, a zatem penicyliny nie działają.

Dlaczego ściana komórkowa jest ważna?

Komórki bakteryjne bez ścian komórkowych mogą mieć dodatkowe struktury powierzchni komórek oprócz omówionych, takich jak glikokalocykle (liczba pojedyncza to glikokaliks) i warstwy S.

Glikokaliks to warstwa cząsteczek podobnych do cukru, która występuje w dwóch głównych rodzajach: kapsułki i warstwy szlamu. Kapsułka to dobrze zorganizowana warstwa polisacharydów lub białek. Warstwa szlamu jest mniej ściśle zorganizowana i jest mniej szczelnie przymocowana do ściany komórkowej poniżej niż glikokaliks.

W rezultacie glikokaliks jest bardziej odporny na zmywanie, podczas gdy warstwę szlamu można łatwiej przemieszczać. Warstwa szlamu może składać się z polisacharydów, glikoprotein lub glikolipidów.

Te anatomiczne odmiany mają duże znaczenie kliniczne.

Glikokalicy pozwalają komórkom przyklejać się do niektórych powierzchni, pomagając w tworzeniu kolonii zwanych organizmami biofilmy które mogą tworzyć kilka warstw i chronić jednostki w grupie. Z tego powodu większość dzikich bakterii żyje w biofilmach utworzonych z mieszanych społeczności bakteryjnych. Biofilmy hamują działanie antybiotyków oraz środków dezynfekujących.

Wszystkie te atrybuty przyczyniają się do trudności w eliminowaniu lub ograniczaniu drobnoustrojów i zwalczaniu infekcji.

Odporność na antybiotyki

Szczepy bakteryjne, które są naturalnie odporne na dany antybiotyk dzięki przypadkowej korzystnej mutacji, są „selekcjonowane” w populacjach ludzkich, ponieważ są to błędy pozostawione po zabiciu wrażliwych na antybiotyki, a te „superbakterie” mnożą się i nadal wywołać chorobę.

W drugiej dekadzie XXI wieku różnorodne bakterie Gram-ujemne stają się coraz bardziej odporne na antybiotyki, co prowadzi do zwiększonej choroby i śmierci z powodu infekcji oraz wzrostu kosztów opieki zdrowotnej. Odporność na antybiotyki jest archetypowym przykładem naturalnego odcinka w skalach czasowych obserwowalnych dla ludzi.

Przykłady obejmują:

Badacze medyczni pracują nad tym, aby nadążyć za odpornymi robakami, co stanowi mikrobiologiczny wyścig zbrojeń.