Har prokaryoter cellevægge?

Indhold

• Generelle egenskaber ved celler
• Generel prokaryotisk cellestruktur
• Struktur af bakteriecellevæggen
• Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier
• Gram-positive bakteriecellevægge
• Teichoic syres rolle
• Gram-negative bakteriecellevægge
• Værktøjet med gramnegative bakterier
• Archaea cellevægge
• Hvorfor er cellevæggen vigtig?
• Antibiotikaresistens

prokaryoter repræsenterer en af ​​de to store klassifikationer i livet. De andre er eukaryoter.

Prokaryoter er adskilt af deres lavere niveau af kompleksitet. De er alle mikroskopiske, skønt ikke nødvendigvis enscellulære. De er opdelt i domænerne archaea og bakterie, men langt de fleste af de kendte prokaryotarter er bakterier, der har været på Jorden i omkring 3,5 milliarder år.

Prokaryotiske celler har ikke kerner eller membranbundne organeller. 90 procent af bakterierne har det dog cellevægge, som med undtagelse af planteceller og nogle svampeceller mangler eukaryote celler. Disse cellevægge danner det yderste lag af bakterier og udgør en del af bakteriekapsel.

De stabiliserer og beskytter cellen og er afgørende for, at bakterier kan inficere værtsceller såvel som bakteriernes respons på antibiotika.

Generelle egenskaber ved celler

Alle celler i naturen deler mange funktioner fælles. En af disse er tilstedeværelsen af ​​en ekstern celle membran, eller plasma membran, som danner den fysiske grænse for cellen på alle sider. Et andet er stoffet kendt som cytoplasma findes inden i cellemembranen.

En tredje er inkludering af genetisk materiale i form af DNA, eller deoxyribonukleinsyre. En fjerde er tilstedeværelsen af ribosomer, der fremstiller proteiner. Hver levende celle bruger ATP (adenosintriphosphat) til energi.

Generel prokaryotisk cellestruktur

Strukturen af ​​prokaryoter er enkel. I disse celler findes DNA snarere end at blive pakket ind i en kerne indkapslet i en kernemembran mere løst samlet i cytoplasmaen i form af et legeme kaldet en nucleoid.

Dette er normalt i form af et cirkulært kromosom.

Ribosomerne i den prokaryote celle findes spredt gennem cellecytoplasmaet, hvorimod i eukaryoter findes nogle af dem i organeller, såsom Golgi-apparat og endoplasmisk retikulum. Ribosomer job er proteinsyntese.

Bakterier reproduceres ved binær fission eller simpelthen opdeles i to og opdeler cellekomponenterne lige, inklusive den genetiske information i det enkelte lille kromosom.

I modsætning til mitose kræver denne form for celledeling ikke forskellige trin.

Struktur af bakteriecellevæggen

De unikke Peptidoglycans: Alle plantecellevægge og bakteriecellevægge består for det meste af kulhydratkæder.

Men mens plantecellevægge indeholder cellulose, som du vil se angivet i ingredienserne i adskillige fødevarer, indeholder væggene i bakterieceller et stof kaldet peptidoglycan, som du ikke vil.

Denne peptidoglycan, som er findes kun i prokaryoter, findes i forskellige typer; det giver cellen som helhed sin form og giver beskyttelse for cellen mod mekaniske fornærmelser.

Peptidoglycans består af en kaldet rygrad glycan, som i sig selv består af muraminsyre og glucosaminder begge har acetylgrupper bundet til deres nitrogenatomer. De inkluderer også peptidkæder af aminosyrer, der er tværbundet med andre, nærliggende peptidkæder.

Styrken af ​​disse "brodannende" -interaktioner varierer meget mellem forskellige peptidoglycaner og derfor mellem forskellige bakterier.

Denne karakteristik gør det som du ser, at bakterier kan klassificeres i forskellige typer baseret på, hvordan deres cellevægge reagerer på et bestemt kemikalie.

Tværbindingerne dannes ved virkningen af ​​et enzym kaldet a transpeptidase, som er målet for en klasse af antibiotika, der bruges til at bekæmpe infektionssygdom hos mennesker og andre organismer.

Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier

Mens alle bakterier har en cellevæg, ændres dens sammensætning fra art til art på grund af forskelle i det peptidoglycan indhold, som cellevæggene delvis eller for det meste er fremstillet af.

Bakterier kan opdeles i to typer, der kaldes gram-positive og gram-negative.

Disse er opkaldt efter biologen Hans Christian Gram, en pioner inden for cellebiologi, der udviklede en farvningsteknik i 1880'erne, vellykket kaldet the Gram-plet, der fik visse bakterier til at blive lilla eller blå og andre blev røde eller lyserøde.

Den tidligere type bakterier blev kendt som grampositivog deres farvningsegenskaber kan tilskrives det faktum, at deres cellevægge indeholder en meget høj fraktion af peptidoglycan i forhold til væggenes helhed.

De røde eller lyserødfarvende bakterier er kendt som gramnegativ, og som du måske gætter, har disse bakterier vægge, der består af beskedne til små mængder peptidoglycan.

I gramnegative bakterier ligger en tynd membran uden for cellevæggen og danner celle kuvert.

Dette lag ligner plasmamembranen i cellen, der ligger på den anden side af cellevæggen, tættere på det indre af cellen. I nogle gramnegative celler, såsom E coli, cellemembranen og kernekonvolutten kommer faktisk i kontakt nogle steder, gennemtrængende peptidoglycan af den tynde væg imellem.

Denne nukleare konvolut indeholder udadvendte molekyler kaldet lipopolysaccharider, eller LPS. Murein-lipoproteiner, der er fastgjort i den yderste ende til ydersiden af ​​cellevæggen, strækker sig fra det indre af denne membran.

Gram-positive bakteriecellevægge

Gram-positive bakterier har en tyk peptidoglycan cellevæg, ca. 20 til 80 nm (nanometer eller en milliarddel af en meter) tyk.

Eksempler inkluderer stafylokokker, streptokokker, lactobaciller og Bacillus arter.

Disse bakterier pletter lilla eller rød, men sædvanligvis lilla, med Gram-farvning, da peptidoglycan fastholder det violette farvestof, der blev påført tidligt i proceduren, når præparatet senere vaskes med alkohol.

Denne mere robuste cellevæg tilbyder grampositive bakterier mere beskyttelse mod de fleste udvendige fornærmelser sammenlignet med gramnegative bakterier, selvom højt peptidoglycan indhold af disse organismer gør deres vægge til en endimensionel fæstning, hvilket igen giver en noget lettere strategi for, hvordan man ødelægger den.

••• Sciencing

Gram-positive bakterier er generelt mere modtagelige over for antibiotika, der er målrettet mod cellevæggen end for gram-negative arter, da de udsættes for miljøet i modsætning til at sidde under eller inden i en cellehylster.

Teichoic syres rolle

De peptidoglycan lag af grampositive bakterier er normalt høje i kaldte molekyler teichoinsyrer, eller AT'er.

Dette er kulhydratkæder, der når igennem og sommetider forbi peptidoglycanlaget.

Det antages, at TA stabiliserer peptidoglycan omkring det blot ved at gøre det mere stift i stedet for at udøve nogen kemiske egenskaber.

TA er delvis ansvarlig for evnen hos visse grampositive bakterier, såsom Streptococcal-arter, til at binde til specifikke proteiner på overfladen af ​​værtsceller, hvilket letter deres evne til at forårsage infektion og i mange tilfælde sygdom.

Når bakterier eller andre mikroorganismer er i stand til at forårsage infektiøs sygdom, kaldes de patogen.

Cellevæggene i bakterier i Mycobacteria-familiehar foruden at indeholde peptidoglycan og TAs et eksternt "voksagtigt" lag lavet af mykolsyrer. Disse bakterier er kendt som "syrefaste,”Fordi der er behov for pletter af denne type for at trænge igennem dette voksagtige lag for at tillade nyttig mikroskopisk undersøgelse.

Gram-negative bakteriecellevægge

Gram-negative bakterier har ligesom deres gram-positive modstykker peptidoglycan-cellevægge.

Imidlertid er væggen meget tyndere, kun ca. 5 til 10 nm tyk. Disse vægge pletter ikke lilla med Gram-pletter, fordi deres mindre peptidoglycan-indhold betyder, at væggen ikke kan bevare meget farvestof, når præparatet vaskes med alkohol, hvilket resulterer i en lyserød eller rødlig farve til sidst.

Som bemærket ovenfor er cellevæggen ikke den yderste senere af disse bakterier, men er i stedet dækket af en anden plasmamembran, cellehylsteret eller den ydre membran.

Dette lag er ca. 7,5 til 10 nm tykt, konkurrerer med eller overskrider tykkelsen af ​​cellevæggen.

I de fleste gramnegative bakterier er cellehylsteret knyttet til en type lipoproteinmolekyle kaldet Brauns lipoprotein, som igen er knyttet til peptidoglycan af cellevæggen.

Værktøjet med gramnegative bakterier

Gram-negative bakterier er generelt mindre modtagelige for antibiotika, der er målrettet mod cellevæggen, fordi de ikke udsættes for miljøet; den har stadig den ydre membran til beskyttelse.

Derudover optager en gellignende matrix i gramnegative bakterier territoriet inde i cellevæggen og uden for plasmamembranen kaldet det periplasmatiske rum.

Den peptidoglycan komponent i cellevæggen af ​​gramnegative bakterier er kun ca. 4 nm tyk.

Hvor en gram-positiv bakteriecellevæg ville have flere peptidoglycaner til at give dens vægstof, har en gram-negativ bug andre værktøjer i vente i sin ydre membran.

Hvert LPS-molekyle er sammensat af en fedtsyrerig Lipid A-underenhed, et lille kerne-polysaccharid og en O-sidekæde lavet af sukkerlignende molekyler. Denne O-sidekæde danner den eksterne side af LPS.

Den nøjagtige sammensætning af sidekæden varierer mellem forskellige bakteriearter.

Dele af O-sidekæden kendt som antigener kan identificeres via laboratorieundersøgelser for at identificere specifikke patogene bakteriestammer (en "stamme" er en undertype af en bakterieart, som en hunderase).

Archaea cellevægge

Archaea er mere forskellige end bakterier, og det samme er deres cellevægge. Disse vægge indeholder især ikke peptidoglycan.

Snarere indeholder de normalt et lignende kaldet molekyle, der kaldes pseudopeptidoglycan, eller pseudomurein. I dette stof erstattes en del af regelmæssig peptidoglycan kaldet NAM med en anden underenhed.

Nogle archaea kan i stedet have et lag af glycoproteiner eller polysaccharider der erstatter cellevæggen i stedet for pseudopeptidoglycan. Endelig, som for nogle bakteriearter, mangler nogle få archaea cellevægge helt.

Archaea, der indeholder pseudomurein, er ufølsom over for antibiotika fra penicillin-klassen fordi disse lægemidler er transpeptidaseinhibitorer, der virker for at interferere med peptidoglycan-syntese.

I disse archaea syntetiseres der ingen peptidoglykaner, og derfor er der intet for penicilliner at handle på.

Hvorfor er cellevæggen vigtig?

Bakterieceller, der mangler cellevægge, kan have yderligere celleoverfladestrukturer ud over dem, der er diskuteret, såsom glycocalyces (ental er glycocalyx) og S-lag.

En glycocalyx er et lag sukkerlignende molekyler, der findes i to hovedtyper: kapsler og slimlag. En kapsel er et velorganiseret lag af polysaccharider eller proteiner. Et slimlag er mindre tæt organiseret, og det er mindre tæt fastgjort til cellevæggen nedenfor end en glycocalyx.

Som et resultat er en glycocalyx mere modstandsdygtig over for at blive vasket væk, mens et slimlag lettere kan forskydes. Slemlaget kan være sammensat af polysaccharider, glycoproteiner eller glycolipider.

Disse anatomiske variationer egner sig til stor klinisk betydning.

Glykokalyser tillader celler at klæbe sig fast på visse overflader, hvilket hjælper med dannelsen af ​​kaldte organismer biofilm der kan danne flere lag og beskytte individerne i gruppen. Af denne grund lever de fleste bakterier i naturen i biofilm dannet fra blandede bakteriesamfund. Biofilm hindrer virkningen af ​​antibiotika såvel som desinfektionsmidler.

Alle disse egenskaber bidrager til vanskeligheden ved at eliminere eller reducere mikrober og udrydde infektioner.

Antibiotikaresistens

Bakteriestammer, der er naturligt resistente over for et givet antibiotikum takket være en tilfældig fordelagtig mutation, "vælges" i humane populationer, fordi det er disse bugs, der er tilbage, når de antibiotikamodtagelige dræbes, og disse "superbugs" formerer sig og fortsætter med at forårsage sygdom.

I det andet årti af det 21. århundrede er en række gram-negative bakterier blevet mere og mere resistente over for antibiotika, hvilket fører til øget sygdom og død som følge af infektioner og øger omkostningerne til sundhedsvæsenet. Antibiotikaresistens er et arketypisk eksempel på et naturligt afsnit om tidsskalaer, der kan observeres for mennesker.

Eksempler inkluderer:

Medicinske forskere arbejder på at holde trit med resistente bugs i hvad der svarer til et mikrobiologisk våben race.