Charakterystyka ściany komórkowej bakteryjnej, biosynteza, funkcje

Bakteryjna ściana komórkowa Jest to złożona i półtrigidowa struktura, odpowiedzialna za zapewnienie ochrony i formy bakterii. Strukturalnie składa się z cząsteczki zwanej peptydoglikanem. Oprócz ochrony ciśnienia ściana bakteryjna zapewnia miejsce zakotwiczenia struktur takich jak wici lub pilis i definiuje kilka właściwości związanych z wirulencją i ruchliwością komórek.

Powszechnie stosowaną metodologią do klasyfikowania bakterii zgodnie ze strukturą ich ściany komórkowej jest barwienie Grama. Składa się z systematycznego zastosowania fioletowych i różowych barwników, w których bakterie o grubej ścianie i bogate w peptydoglikan są barwione fioletowe (Gram dodatnie), a te, które mają drobną ścianę otoczoną lipopolisacharydami, są barwione różowe (gram ujemny).

Fontanna Pixabay.com

Chociaż inne istoty organiczne, takie jak łuki, glony, grzyby i rośliny, mają ścianę komórkową, struktura i skład ich różni się głęboko od ściany komórkowej bakteryjnej.

[TOC]

Charakterystyka i struktura

Ściana bakteryjna: sieć peptydoglikanu

W biologii zwykle definiujemy granice między życiem a nie żyjącym za pomocą błony plazmatycznej. Istnieje jednak wiele organizmów, które są otoczone dodatkową barierą: ściana komórkowa.

W bakteriach ściana komórkowa składa się z skomplikowanej i złożonej sieci makrocząsteczki zwanej peptydoglikanem, znaną również jako mureina.

Ponadto możemy znaleźć inne rodzaje substancji na ścianie w połączeniu z peptydoglikanem, takimi jak węglowodany i polipeptydy zróżnicowane w długości i strukturze.

Chemicznie peptydoglikan jest disacharydem, którego jednostki monomeryczne są N-acetyloglukozamina i N-acetylamuramika (korzeń Murus, Co oznacza ściana).

Zawsze znajdujemy łańcuch utworzony przez tetrapéptides, który składa się z czterech reszt aminokwasowych przyłączonych do N-acetylomii.

Struktura bakteryjna ściana komórkowa jest zgodna z dwoma schematami lub dwoma ogólnymi wzorami, znanymi jako gram dodatni i gramowy. W poniższej sekcji dokładnie opracujemy ten pomysł.

Struktury zewnętrzne dla ściany komórkowej

Zwykle ściana komórkowa bakterii jest otoczona niektórymi strukturami zewnętrznymi, takimi jak glycochalix, wici, włókna osiowe, fimbrias i pilni.

Glycochalix składa się z matrycy galaretowatej konsystencji otaczającej ścianę i ma zmienną skład (polisacharydy, polipeptydy itp.). W niektórych szczepach bakteryjnych skład tej kapsułki przyczynia się do zjadliwości. Jest to również kluczowy element w tworzeniu biofilmów.

Wici są strukturami nitkowatymi, których forma przypomina bicz i przyczynia się do mobilności organizmu. Reszta wyżej wymienionych włókien przyczynia się do zakotwiczenia komórki, ruchliwości i wymiany materiału genetycznego.

Atypowe bakteryjne ściany komórkowe

Chociaż wspomniana powyżej struktura może być uogólniona na ogromną większość organizmów bakteryjnych, istnieją bardzo specyficzne wyjątki, które nie pasują do tego schematu ściany komórkowej, ponieważ jej brakuje lub mają bardzo mało materiału.

Członkowie gatunku Mycoplasma a organizmy filogenetyczne związane z tym są najmniejsze zarejestrowane bakterie. Ze względu na ich niewielki rozmiar nie mają ściany komórkowej. W rzeczywistości początkowo uważano je za wirus, a nie jako bakterie.

Musi jednak istnieć sposób, dla którego te małe bakterie uzyskują ochronę. Osiąga się to dzięki obecności specjalnych lipidów zwanych sterolami, które przyczyniają się do ochrony przed lizą komórki.

Funkcje

-Biologiczne funkcje bakteryjnej ściany komórkowej

Ochrona

Główną funkcją ściany komórkowej w bakteriach jest zapewnienie ochrony komórce, funkcjonując jako rodzaj egzoszkieletu (takiego jak stawonogi).

Może ci służyć: Integryny: Charakterystyka, struktura i funkcje

Bakterie zawierają w środku znaczną ilość rozpuszczonych substancji rozpuszczonych. Z powodu zjawiska osmozy otaczająca woda będzie próbowała wejść do komórki, tworząc ciśnienie osmotyczne, co, jeśli nie jest kontrolowane.

Gdyby ściana bakteryjna nie istniała, jedyną ochronną barierą wnętrza komórki byłaby krucha błona osocza o charakterze lipidowym, która szybko ulegałaby ciśnieniu spowodowanym zjawiskiem osmozy.

Bakteryjna ściana komórkowa tworzy barykadę schronienia w obliczu prasujących oscylacji, które mogą wystąpić, co pozwala zapobiegać lizy komórek.

Sztywność i forma

Dzięki właściwościom sztywności ściana pomaga kształtować bakterie. Dlatego możemy rozróżnić kilka form bakterii w zależności od tego elementu i możemy użyć tej cechy do ustalenia klasyfikacji opartej na najczęstszych morfologiach (między innymi kokosy lub pachnili).

Witryna kotwicy

Wreszcie ściana komórkowa służy jako miejsce zakotwiczenia dla innych struktur związanych z ruchliwością i zakotwiczeniem, takie jak plagi.

-Zastosowania ściany komórkowej

Oprócz tych funkcji biologicznych ściana bakteryjna ma również zastosowania kliniczne i taksonomiczne. Jak zobaczymy później, ściana służy do rozróżniania różnych rodzajów bakterii. Ponadto struktura pozwala nam zrozumieć zjadliwość bakterii i jaki rodzaj antybiotyku może być podatny.

Ponieważ składniki chemiczne ściany komórkowej są unikalne dla bakterii (pozbawionych gościa ludzkiego), ten element jest potencjalnym białym rozwojem antybiotyków.

Klasyfikacja według barwienia Grama

W mikrobiologii barwienie są szeroko stosowanymi procedurami. Niektóre z nich są proste, a ich celem jest jasne zademonstrowanie obecności organizmu. Jednak inne barwienia mają różnicowy typ, gdzie stosowane barwniki reagują w zależności od rodzaju bakterii.

Jednym z najczęściej używanych barwień różnicowych w mikrobiologii jest barwienie Grama, technika opracowana w 1884 r. Przez bakteriologa Hansa Christian Gram. Technika pozwala klasyfikować bakterie w dużych grupach: gram dodatni i gram negatywny.

Obecnie jest to uważane za technikę doskonałej użyteczności medycznej, chociaż niektóre bakterie nie reagują odpowiednio na kolor. Zwykle stosuje się, gdy bakterie są młode i rosną.

Protokół barwienia gramu

(Siema) Podstawowa aplikacja barwnika: Próbka ustalona ciepłem jest pokryta podstawowym fioletowym barwnikiem, fioletowe szkło jest zwykle używane do niej. Ten barwnik przenika wszystkie komórki znalezione w próbce.

(Ii) Aplikacja Iodo: Po krótkim czasie fioletowy barwnik jest usuwany z próbki i nakłada jod, środek ugryzienia. Na tym etapie zarówno pozytywne, jak i negatywne bakterie są barwione intensywnym fioletem.

(Iii) Umyty: Trzeci krok oznacza barwnik barwnika roztworem alkoholu lub mieszanką alkoholu-acetonu. Rozwiązania te mają zdolność do wyeliminowania koloru, ale tylko z niektórych próbek.

(Iv) Zastosowanie Safranine: Na koniec roztwór zastosowany w poprzednim kroku jest eliminowany i nakładany jest kolejny barwnik, safranina. To jest czerwony podstawowy barwnik. Ten barwnik tego barwnika jest myty, a próbka jest gotowa do obserwowania w świetle mikroskopu optycznego.

Może ci służyć: gametofit

Gram dodatnia ściana bakteryjna

W przejściu (III) barwienia tylko niektóre bakterie zachowują fioletowy barwnik, a są znane jako bakterie Grama. Kolor safraniny nie wpływa na nich, a pod koniec zabarwienia te, które należą do tego typu, są obserwowane fioletowe.

Teoretyczna zasada zabarwienia opiera się na strukturze bakteryjnej ściany komórkowej, ponieważ zależy to od ucieczki lub nie od fioletowego barwnika, który tworzy kompleks wraz z jodem.

Podstawową różnicą między bakteriami gramowymi i dodatnimi jest ilość peptydoglikanu, którą prezentują. Pozytywne gramy mają grubą warstwę tego związku, która pozwala im zachować fioletowe zabarwienie, pomimo mycia tylnego.

Kryształ fioletowy, który wchodzi do komórki w pierwszym etapie, tworzy kompleks z jodem, co utrudnia mycie alkoholu, dzięki otaczającej ich grubej warstwie peptydoglikanu.

Przestrzeń między peptydoglikanem leżącym. Dodatkowo bakterie Gram dodatnie charakteryzują się serią kwasów tekoinowych zakotwiczonych na ścianie.

Przykładem tego rodzaju bakterii jest gatunek Staphylococcus aureus, który jest patogenem dla istoty ludzkiej.

Gram negatywna ściana komórkowa bakteryjna

Bakterie, które nie zachowują koloru fragmentu (III), są, odrzucone, negatywny gram. To jest powód, dla którego stosuje się drugi barwnik (safranina), aby móc wizualizować tę grupę prokariotów. Zatem bakterie gramowe są obserwowane z różowego koloru.

W przeciwieństwie do grubej warstwy peptydoglikanu, która przedstawia dodatnie bakterie Gram, te ujemne mają znacznie cieńszą warstwę. Dodatkowo mają warstwę lipopolisacharydów, która jest częścią ich ściany komórkowej.

Możemy użyć analogii kanapki: chleb reprezentuje dwie błony lipidowe, a wnętrze lub wypełnienie byłoby peptydoglikanem.

Lipopolisacharyd leżał.

Kiedy taka bakteria umiera, uwalnia lipid A, który działał jak endotoksyna. Lipid jest związany z symptomatologią spowodowaną infekcjami bakterii gramowych, takich jak gorączka lub rozszerzenie naczyń krwionośnych, między innymi.

Ta drobna warstwa nie zachowuje fioletowego barwnika przyłożonego w pierwszym etapie, ponieważ mycie alkoholu eliminuje lipopolisacharydy (i wraz z nim barwnik). Nie zawierają one kwasów tekoinowych wymienionych w pozytywnych gramach.

Przykładem tego wzoru organizacji ściany komórkowej są słynne bakterie I. coli.

Konsekwencje medyczne Tincion of Gram

Z punktu widzenia medycznego ważne jest, aby znać strukturę ściany bakteryjnej, ponieważ bakterie dodatnie Grama są zwykle łatwo eliminowane poprzez zastosowanie antybiotyków, takich jak penicylina i cefalosporyna.

W przeciwieństwie do tego, bakterie ujemne Grama są zwykle odporne na stosowanie antybiotyków, które nie przenikają bariery lipopolisacharydów.

Może ci służyć: podstawowa warstwy: Charakterystyka i funkcje

Inne zabarwienia

Chociaż barwienie Grama jest powszechnie znane i stosowane w laboratorium, istnieją również inne metodologie, które umożliwiają różnicowanie bakterii według aspektów strukturalnych ściany komórkowej. Jednym z nich jest zabarwienie kwasu, które wspiera bakterie, które mają typ wosku zjednoczony ze ścianą.

Jest to szczególnie używane do odróżnienia gatunków od Mycobacterium innych gatunków bakterii.

Biosynteza

Synteza bakteryjnej ściany komórkowej może wystąpić w cytoplazmie komórki lub w błonie wewnętrznej. Po zsyntetyzowaniu jednostek strukturalnych montaż ściany przebiega poza bakterią.

Synteza peptydoglikanu występuje w cytoplazmie, w której powstają nukleotydy, które będą służyć jako prekursory tej makrocząsteczki, która komplikuje ścianę.

Synteza podąża swoją ścieżką w błonie plazmatycznej, gdzie ma miejsce wytwarzanie związków lipidowych błony. Wewnątrz błony plazmatycznej występuje polimeryzacja jednostek tworzących peptydoglikan. Cały proces pomaga różne enzymy bakteryjne.

Degradacja

Ścianę komórkową można degradować dzięki działaniu enzymatycznym enzymu Lyszyme.

Ten enzym działa bardziej wydajnie w ścianach bakterii Grama dodatnich.

Mechanizm tego enzymu składa się z hydrolizy połączeń, które utrzymują wraz z monomerycznymi blokami peptydoglikanu.

Ściana komórkowa w łukach

Życie jest podzielone na trzy główne domeny: bakterie, eukarionty i łuki. Chociaż te ostatnie powierzchownie pamięta bakterie, natura ich ściany komórkowej jest inna.

W łukach może być ściana komórkowa. W przypadku, gdy istnieje skład chemiczny, różni się ona w tym seria polisacharydów i białek, ale jak dotąd nie zgłoszono żadnego gatunku z ścianą peptydoglikanu.

Mogą jednak zawierać substancję znaną jako pseudomureina. W przypadku zastosowania barwienia Grama, wszystko będzie gramowe ujemne. Dlatego kolorowanie nie jest przydatne w łukach.

Bibliografia

1. Albers, s. V., I Meyer, B. H. (2011). Avelope komórki archeologicznej. Nature Reviews Microbiology, 9(6), 414-426.
2. Alberts, ur., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… I Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
3. Cooper, g. (2000). Komórka: podejście molekularne. 2. edycja. Sinauer Associates.
4. Cooper, g. M., & Hausman, r. I. (2007). Komórka: podejście molekularne. Waszyngton, DC, Sunderland, MA.
5. Cullimore, zm. R. (2010). Praktyczne atlas do identyfikacji bakteryjnej. CRC Press.
6. Koebnik, r., Locher, k. P., & Van Gelder, P. (2000). Struktura i funkcja bakteryjnych białek błony zewnętrznej: beczki w skrócie. Mikrobiologia molekularna, 37(2), 239-253.
7. Lodish, h., Berk, a., Zipursky, s. L., Matsudaira, s. 1., Baltimore, zm., & Darnell, J. (2000). Czwarta edycja komórek molekularnych. National Center for Biotechnology Information, półka z książkami.
8. Scheffers, zm. J., & Pinho, m. G. (2005). Synteza ściany komórkowej bakteryjnej: nowe spostrzeżenia z badań lokalizacji. Przegląd mikrobiologii i biologii molekularnej, 69(4), 585-607.
9. Tortora, g. J., Funke, ur. R., & Case, c. L. (2016). Mikrobiologia. Wstęp. osoba.