Οι προκαρυώτες έχουν κυψελωτούς τοίχους;

Περιεχόμενο

• Γενικά Χαρακτηριστικά των Κυττάρων
• Γενική δομή προκαρυωτικών κυττάρων
• Δομή του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος
• Gram-Θετικά και Gram-Αρνητικά Βακτήρια
• Γραμ-θετικά βακτηριακά τοιχώματα κυττάρων
• Ο Ρόλος των Τεϊχοϊκών Οξέων
• Gram-Αρνητικοί βακτηριακοί κυτταρικοί τοίχοι
• Τα Εργαλεία Gram-Αρνητικών Βακτηρίων
• Τείχη κυψέλης Αρχαίας
• Γιατί είναι σημαντικό το Cell Wall;
• Αντιβιοτική Αντίσταση

Προκαρυώτες αντιπροσωπεύουν μία από τις δύο σημαντικές ταξινομήσεις της ζωής. Οι άλλοι είναι οι ευκαρυωτών.

Οι προκαρυώτες διαχωρίζονται από το χαμηλότερο επίπεδο πολυπλοκότητάς τους. Είναι όλα μικροσκοπικά, αν και όχι απαραίτητα μονοκύτταρα. Διαιρούνται στους τομείς αρχαία και βακτήρια, αλλά η συντριπτική πλειονότητα των γνωστών προκαρυωτικών ειδών είναι βακτήρια, τα οποία έχουν βρεθεί στη Γη για περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν πυρήνες ή οργανικά δεσμευμένα σε μεμβράνη. Το 90 τοις εκατό των βακτηρίων, ωστόσο, έχει κυτταρικά τοιχώματα, τα οποία, με εξαίρεση τα φυτικά κύτταρα και μερικά μυκητιακά κύτταρα, δεν έχουν ευκαρυωτικά κύτταρα. Αυτά τα κυτταρικά τοιχώματα σχηματίζουν το εξωτερικό στρώμα βακτηρίων και αποτελούν μέρος του βακτηριακής κάψουλας.

Σταθεροποιούν και προστατεύουν το κύτταρο και είναι ζωτικής σημασίας για τα βακτηρίδια που είναι σε θέση να μολύνουν τα κύτταρα ξενιστές καθώς και για την αντίδραση των βακτηριδίων στα αντιβιοτικά.

Γενικά Χαρακτηριστικά των Κυττάρων

Όλα τα κύτταρα στην φύση μοιράζονται πολλά κοινά χαρακτηριστικά. Ένα από αυτά είναι η παρουσία ενός εξωτερικού κυτταρική μεμβράνη, ή μεμβράνη πλάσματος, το οποίο αποτελεί το φυσικό όριο του κυττάρου σε όλες τις πλευρές. Μια άλλη είναι η ουσία που είναι γνωστή ως κυτόπλασμα που βρίσκονται μέσα στην κυτταρική μεμβράνη.

Ένα τρίτο είναι η συμπερίληψη γενετικού υλικού υπό μορφή DNA, ή δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ. Ένα τέταρτο είναι η παρουσία του ριβοσωμάτων, τα οποία παράγουν πρωτεΐνες. Κάθε ζωντανό κύτταρο χρησιμοποιεί την ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) για την ενέργεια.

Γενική δομή προκαρυωτικών κυττάρων

Η δομή των προκαρυωτών είναι απλή. Σε αυτά τα κύτταρα, το DNA, αντί να είναι συσκευασμένο μέσα σε έναν πυρήνα που περικλείεται μέσα σε μια πυρηνική μεμβράνη, βρίσκεται πιο χαλαρά συγκεντρωμένο στο κυτταρόπλασμα, με τη μορφή ενός σώματος που ονομάζεται νουκλεοειδές.

Αυτό είναι συνήθως με τη μορφή κυκλικού χρωμοσώματος.

Τα ριβοσώματα του προκαρυωτικού κυττάρου βρίσκονται διάσπαρτα σε ολόκληρο το κυτταρόπλασμα των κυττάρων, ενώ σε ευκαρυωτικά, μερικά από αυτά βρίσκονται σε οργανίδια όπως το Συσκευές Golgi και το ενδοπλασματικό δίκτυο. Η εργασία Ribosomes είναι η σύνθεση πρωτεϊνών.

Τα βακτήρια αναπαράγονται με δυαδική σχάση, ή απλά χωρίζοντας σε δύο και διαιρώντας τα συστατικά των κυττάρων εξίσου, συμπεριλαμβανομένης της γενετικής πληροφορίας στο ενιαίο μικρό χρωμόσωμα.

Σε αντίθεση με τη μίτωση, αυτή η μορφή κυτταρικής διαίρεσης δεν απαιτεί ξεχωριστά στάδια.

Δομή του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος

Οι Μοναδικοί Πεπτιδογλυκάνες: Όλα τα τοιχώματα φυτικών κυττάρων και τα βακτηριακά κυτταρικά τοιχώματα αποτελούνται κυρίως από αλυσίδες υδατανθράκων.

Αλλά ενώ τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων περιέχουν κυτταρίνη, η οποία θα εμφανίζεται στα συστατικά πολλών τροφών, τα τοιχώματα των βακτηριακών κυττάρων περιέχουν μια ουσία που ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη, που δεν θα το κάνετε.

Αυτή η πεπτιδογλυκάνη, η οποία είναι που βρέθηκαν μόνο σε προκαρυώτες, έρχεται σε διαφορετικούς τύπους. δίνει στο κελί ως σύνολο το σχήμα του και παρέχει προστασία για το κελί από μηχανικές προσβολές.

Οι πεπτιδογλυκάνες αποτελούνται από μια ραχοκοκαλιά που ονομάζεται γλυκανίου, η οποία αποτελείται από το ίδιο μουραμικό οξύ και γλυκοζαμίνη, και τα δύο με τη σειρά τους έχουν ομάδες ακετυλίου προσαρτημένες στα άτομα αζώτου τους. Περιλαμβάνουν επίσης πεπτιδικές αλυσίδες αμινοξέων που διασυνδέονται με άλλες πεπτιδικές αλυσίδες κοντά.

Η ισχύς αυτών των αλληλεπιδράσεων "γεφύρωσης" ποικίλλει ευρέως μεταξύ διαφορετικών πεπτιδογλυκανών και επομένως μεταξύ διαφορετικών βακτηριδίων.

Αυτό το χαρακτηριστικό, όπως θα δείτε, επιτρέπει στα βακτηρίδια να ταξινομούνται σε διαφορετικούς τύπους με βάση το πώς τα κυτταρικά τοιχώματα τους αντιδρούν σε μια συγκεκριμένη χημική ουσία.

Οι εγκάρσιες συνδέσεις σχηματίζονται από τη δράση ενός ενζύμου που ονομάζεται a τρανπεπτιδάση, που είναι ο στόχος μιας κατηγορίας αντιβιοτικών που χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση λοιμωδών νοσημάτων σε ανθρώπους και άλλους οργανισμούς.

Gram-Θετικά και Gram-Αρνητικά Βακτήρια

Ενώ όλα τα βακτηρίδια έχουν κυτταρικό τοίχωμα, η σύνθεση τους μεταβάλλεται από είδος σε είδος λόγω διαφορών στην περιεκτικότητα σε πεπτιδογλυκάνη στην οποία μερικώς ή κυρίως κατασκευάζονται τα κυτταρικά τοιχώματα.

Τα βακτήρια μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους που ονομάζονται gram-θετικά και gram-αρνητικά.

Αυτά ονομάζονται μετά από το βιολόγο Hans Christian Gram, πρωτοπόρος στην κυτταρική βιολογία που ανέπτυξε μια τεχνική χρώσης στη δεκαετία του 1880, που εύστοχα το ονόμασε Γραμμική κηλίδα, που προκάλεσε κάποια βακτήρια να γίνουν μωβ ή μπλε και άλλα να γίνουν κόκκινα ή ροζ.

Ο πρώην τύπος βακτηρίων ήρθε να είναι γνωστός ως gram-θετικό, και οι ιδιότητες χρώσης τους αποδίδονται στο γεγονός ότι τα κυτταρικά τους τοιχώματα περιέχουν ένα πολύ υψηλό κλάσμα πεπτιδογλυκάνης σε σχέση με το σύνολο του τοιχώματος.

Τα βακτήρια χρώματος κόκκινου ή ροζ χρώματος είναι γνωστά ως gram-αρνητικό, και όπως μπορεί να μαντέψετε, αυτά τα βακτήρια έχουν τοίχους που αποτελούνται από μικρές έως μικρές ποσότητες πεπτιδογλυκάνης.

Στα gram-αρνητικά βακτήρια, μια λεπτή μεμβράνη βρίσκεται έξω από το κυτταρικό τοίχωμα, σχηματίζοντας το κυττάρων.

Αυτή η στιβάδα είναι παρόμοια με τη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου που βρίσκεται στην άλλη πλευρά του κυτταρικού τοιχώματος, πιο κοντά στο εσωτερικό του κυττάρου. Σε μερικά αρνητικά κατά Gram κύτταρα, όπως Ε. Coli, η κυτταρική μεμβράνη και ο πυρηνικός φάκελος έρχονται πραγματικά σε επαφή σε ορισμένα σημεία, διεισδύοντας στην πεπτιδογλυκάνη του λεπτού τοιχώματος μεταξύ.

Αυτός ο πυρηνικός φάκελος περιέχει τα εκτεινόμενα προς τα έξω μόρια λιποπολυσακχαρίτες, ή LPS. Η επέκταση από το εσωτερικό αυτής της μεμβράνης είναι οι λιποπρωτεΐνες μουρεΐνης οι οποίες συνδέονται στο απώτερο άκρο προς το εξωτερικό του κυτταρικού τοιχώματος.

Γραμ-θετικά βακτηριακά τοιχώματα κυττάρων

Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν ένα πυκνό κυτταρικό τοίχωμα πεπτιδογλυκάνης, πάχους περίπου 20 έως 80 nm (νανόμετρα ή ένα δισεκατομμύριο ενός μέτρου).

Παραδείγματα περιλαμβάνουν σταφυλόκοκκους, στρεπτόκοκκους, γαλακτοβακίλλους και Βακίλλος είδος.

Αυτά τα βακτήρια λεκιάζουν μοβ ή κόκκινο, αλλά συνήθως μοβ, με χρώση Gram, καθώς η πεπτιδογλυκάνη διατηρεί τη βιολετί χρωστική που εφαρμόζεται νωρίς στη διαδικασία όταν το παρασκεύασμα πλένεται αργότερα με αλκοόλη.

Αυτό το πιο ισχυρό κυτταρικό τοίχωμα προσφέρει στα θετικά κατά Gram βακτήρια περισσότερη προστασία από τις περισσότερες εξωτερικές προσβολές σε σύγκριση με αρνητικά κατά Gram βακτήρια, αν και η υψηλή περιεκτικότητα πεπτιδογλυκάνης των εν λόγω οργανισμών καθιστά τους τοίχους τους κάτι σαν ένα μονοδιάστατο φρούριο, κάνοντας με τη σειρά του μια κάπως ευκολότερη στρατηγική σχετικά με το πώς να το καταστρέψει.

••• Sciencing

Τα θετικά κατά Gram βακτηρίδια είναι γενικά πιο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά που στοχεύουν το κυτταρικό τοίχωμα από τα gram-αρνητικά είδη, επειδή είναι εκτεθειμένα στο περιβάλλον σε αντίθεση με την κάθιση κάτω από ή μέσα σε ένα κυτταρικό περίβλημα.

Ο Ρόλος των Τεϊχοϊκών Οξέων

Τα στρώματα πεπτιδογλυκάνης των θετικών κατά gram βακτηρίων είναι συνήθως υψηλά σε μόρια που ονομάζονται teichoic οξέα, ή TAs.

Αυτές είναι αλυσίδες υδατανθράκων που φθάνουν και μερικές φορές περνούν από το στρώμα πεπτιδογλυκάνης.

Το ΤΑ πιστεύεται ότι σταθεροποιεί την πεπτιδογλυκάνη γύρω από αυτό απλά κάνοντας πιο άκαμπτο, αντί να ασκεί χημικές ιδιότητες.

Το ΤΑ είναι εν μέρει υπεύθυνο για την ικανότητα ορισμένων βακτηρίων θετικών κατά Gram, όπως τα είδη Streptococcal, να δεσμεύονται με συγκεκριμένες πρωτεΐνες στην επιφάνεια των κυττάρων-ξενιστών, γεγονός που διευκολύνει την ικανότητά τους να προκαλούν λοίμωξη και σε πολλές περιπτώσεις ασθένειες.

Όταν βακτήρια ή άλλοι μικροοργανισμοί είναι ικανοί να προκαλέσουν λοιμώδη νόσο, αναφέρονται ως παθογόνος.

Τα κυτταρικά τοιχώματα των βακτηρίων του Οικογένεια μυκοβακτηριδίων, εκτός του ότι περιέχουν πεπτιδογλυκάνη και ΤΑ, έχουν ένα εξωτερικό "κηρώδες" στρώμα φτιαγμένο από μυκολικά οξέα. Αυτά τα βακτήρια είναι γνωστά ως "οξύ-γρήγορο,"Επειδή χρειάζονται λεκέδες αυτού του τύπου για να διαπεράσουν αυτό το κηρώδες στρώμα για να επιτρέψουν χρήσιμη μικροσκοπική εξέταση.

Gram-Αρνητικοί βακτηριακοί κυτταρικοί τοίχοι

Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια, όπως και τα θετικά κατά gram αντίστοιχά τους, έχουν πεπτίδια κυτταρικού τοιχώματος πεπτιδογλυκάνης.

Ωστόσο, ο τοίχος είναι πολύ λεπτότερος, πάχος περίπου 5 έως 10 nm. Αυτοί οι τοίχοι δεν λεκιάζουν μοβ με χρώση Gram επειδή η μικρότερη περιεκτικότητά τους σε πεπτιδογλυκάνες σημαίνει ότι ο τοίχος δεν μπορεί να διατηρήσει πολύ χρώμα όταν το παρασκεύασμα πλένεται με αλκοόλη, με αποτέλεσμα ένα ροζ ή κοκκινωπό χρώμα στο τέλος.

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, το κυτταρικό τοίχωμα δεν είναι το εξώτατο αργότερα αυτών των βακτηριδίων αλλά αντίθετα καλύπτεται από άλλη μεμβράνη πλάσματος, το κυτταρικό περίβλημα ή την εξωτερική μεμβράνη.

Αυτό το στρώμα έχει πάχος περίπου 7,5 έως 10 nm, ανταγωνίζεται ή υπερβαίνει το πάχος του κυτταρικού τοιχώματος.

Στα περισσότερα gram-αρνητικά βακτήρια, το κυτταρικό περίβλημα συνδέεται με έναν τύπο μορίου λιποπρωτεΐνης που ονομάζεται λιποπρωτεΐνη Brauns, το οποίο με τη σειρά του συνδέεται με την πεπτιδογλυκάνη του κυτταρικού τοιχώματος.

Τα Εργαλεία Gram-Αρνητικών Βακτηρίων

Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια είναι γενικά λιγότερο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά που στοχεύουν το κυτταρικό τοίχωμα, επειδή δεν εκτίθενται στο περιβάλλον. έχει ακόμα την εξωτερική μεμβράνη για προστασία.

Επιπλέον, στα gram-αρνητικά βακτηρίδια, ένα πηκτωματώδες πλέγμα καταλαμβάνει την περιοχή εντός του κυτταρικού τοιχώματος και έξω από την μεμβράνη του πλάσματος που ονομάζεται περιπλασματικός χώρος.

Το συστατικό πεπτιδογλυκάνης του κυτταρικού τοιχώματος αρνητικών κατά gram βακτηριδίων είναι μόνο περίπου 4 nm πάχος.

Όταν ένα θετικό κατά Gram βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα θα έχει περισσότερες πεπτιδογλυκάνες για να δώσει την ουσία τοιχώματος του, ένα αρνητικό κατά gram σφάλμα έχει άλλα μέσα στην αποθήκη του στην εξωτερική του μεμβράνη.

Κάθε μόριο LPS αποτελείται από μια υπομονάδα λιπιδίων Α πλούσια σε λιπαρά οξέα, έναν πολυσακχαρίτη μικρού πυρήνα και μια πλευρική αλυσίδα Ο που αποτελείται από μόρια που μοιάζουν με ζάχαρη. Αυτή η πλευρική άλυσος σχηματίζει την εξωτερική πλευρά του LPS.

Η ακριβής σύνθεση της πλευρικής αλυσίδας κυμαίνεται μεταξύ των διαφόρων βακτηριακών ειδών.

Τμήματα της πλευρικής αλυσίδας Ο γνωστά ως αντιγόνα μπορούν να ταυτοποιηθούν μέσω εργαστηριακών δοκιμών για την ταυτοποίηση συγκεκριμένων παθογόνων βακτηριακών στελεχών (ένα "στέλεχος" είναι ένας υπότυπος ενός βακτηριακού είδους, όπως μια φυλή σκύλου).

Τείχη κυψέλης Αρχαίας

Αρχαία είναι πιο διαφορετικά από τα βακτήρια και έτσι είναι τα κυτταρικά τοιχώματα τους. Συγκεκριμένα, αυτοί οι τοίχοι δεν περιέχουν πεπτιδογλυκάνη.

Αντίθετα, περιέχουν συνήθως ένα ονομάζεται επίσης μόριο ψευδοπεπτιδογλυκάνη, ή pseudomurein. Σε αυτή την ουσία, ένα τμήμα της κανονικής πεπτιδογλυκάνης που ονομάζεται NAM αντικαθίσταται με μια διαφορετική υπομονάδα.

Κάποιοι αρχάδες ίσως έχουν ένα στρώμα γλυκοπρωτεΐνες ή πολυσακχαρίτες που αντικαθιστά το κυτταρικό τοίχωμα στη θέση της ψευδοπεπτιδογλυκάνης. Τέλος, όπως και με ορισμένα βακτηριακά είδη, λίγοι αρχάδες λείπουν κυτταρικά τείχη συνολικά.

Τα Αρχαία που περιέχουν ψευδομουρεϊνη είναι δεν είναι ευαίσθητα στα αντιβιοτικά της κατηγορίας πενικιλίνης επειδή αυτά τα φάρμακα είναι αναστολείς τρανσπεπτιδάσης που δρουν να παρεμβαίνουν στη σύνθεση πεπτιδογλυκάνης.

Σε αυτές τις αρχαιές, δεν υπάρχουν συνθετικές πεπτιδογλυκάνες και επομένως τίποτα για να μην δράσουν οι πενικιλίνες.

Γιατί είναι σημαντικό το Cell Wall;

Τα βακτηριακά κύτταρα που στερούνται κυτταρικά τοιχώματα μπορεί να έχουν επιπρόσθετες δομές επιφανείας κυττάρου επιπροσθέτως προς εκείνες που συζητούνται, όπως π.χ. glycocalyces (μοναδικό είναι glycocalyx) και τα στρώματα S.

Ένα γλυκοκαλύλαιο είναι μια επικάλυψη μορίων που μοιάζουν με ζάχαρη, τα οποία έρχονται σε δύο βασικούς τύπους: κάψουλες και στρώματα λάσπης. Μια κάψουλα είναι ένα καλά οργανωμένο στρώμα πολυσακχαριτών ή πρωτεϊνών. Ένα στρώμα λάσπης είναι λιγότερο σφιχτά οργανωμένο και είναι λιγότερο σφιχτά συνδεδεμένο με το κυτταρικό τοίχωμα κάτω από ένα γλυκοκάλιο.

Ως αποτέλεσμα, ένα γλυκοκαλύλλιο είναι πιο ανθεκτικό στην απόπλυση, ενώ ένα στρώμα λάσπης μπορεί να μετακινηθεί ευκολότερα. Το στρώμα λάσπης μπορεί να αποτελείται από πολυσακχαρίτες, γλυκοπρωτεΐνες ή γλυκολιπίδια.

Αυτές οι ανατομικές παραλλαγές προσδίδουν μεγάλη κλινική σημασία.

Οι γλυκοκαλιές επιτρέπουν στα κύτταρα να κολλήσουν σε ορισμένες επιφάνειες, βοηθώντας στο σχηματισμό αποικιών οργανισμών που ονομάζονται βιοφίλμ που μπορούν να σχηματίσουν διάφορα στρώματα και να προστατεύσουν τα άτομα στην ομάδα. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα βακτήρια στην άγρια ​​φύση ζουν σε βιοφίλμ που σχηματίζονται από μικτές βακτηριακές κοινότητες. Τα βιοφίλμ εμποδίζουν τη δράση των αντιβιοτικών καθώς και των απολυμαντικών.

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά συμβάλλουν στη δυσκολία εξάλειψης ή μείωσης των μικροβίων και εξάλειψης λοιμώξεων.

Αντιβιοτική Αντίσταση

Βακτηριακά στελέχη τα οποία είναι φυσικά ανθεκτικά σε ένα δεδομένο αντιβιοτικό χάρη σε μια πιθανή πλεονεκτική μετάλλαξη επιλέγονται για τους ανθρώπινους πληθυσμούς επειδή αυτά είναι τα σφάλματα που απομένουν όταν τα ευαίσθητα στα αντιβιοτικά σκοτώνονται και αυτά τα «superbugs» πολλαπλασιάζονται και συνεχίζουν προκαλούν ασθένεια.

Μέχρι τη δεύτερη δεκαετία του 21ου αιώνα, μια ποικιλία αρνητικών κατά Gram βακτηρίων έχει γίνει όλο και πιο ανθεκτική στα αντιβιοτικά, οδηγώντας σε αυξημένη ασθένεια και θάνατο από λοιμώξεις και αύξηση των δαπανών για την υγειονομική περίθαλψη. Η αντίσταση στα αντιβιοτικά είναι ένα αρχέτυπο παράδειγμα φυσικής τομής σε χρονικές κλίμακες που παρατηρούνται στον άνθρωπο.

Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

Οι ιατρικοί ερευνητές εργάζονται για να διατηρήσουν τα ανθεκτικά σφάλματα σε αυτό που ισοδυναμεί με μια μικροβιολογική κούρσα εξοπλισμών.