Har prokaryoter cellevegger?

Innhold

• Generelle kjennetegn på celler
• Generell prokaryotisk cellestruktur
• Struktur av bakteriecelleveggen
• Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier
• Gram-Positive bakteriecellevegger
• Teichoic syres rolle
• Gram-negative bakteriecellevegger
• Verktøyene til gramnegative bakterier
• Archaea cellevegger
• Hvorfor er celleveggen viktig?
• Antibiotikaresistens

prokaryoter representerer en av de to store klassifiseringene av livet. De andre er eukaryoter.

Prokaryoter er skilt ut fra deres lavere nivå av kompleksitet. De er alle mikroskopiske, men ikke nødvendigvis enscellulære. De er delt inn i domenene archaea og bakterie, men de aller fleste kjente prokaryotarter er bakterier, som har vært på jorden i rundt 3,5 milliarder år.

Prokaryote celler har ikke kjerner eller membranbundne organeller. 90 prosent av bakteriene har det imidlertid cellevegger, som, med unntak av planteceller og noen soppceller, mangler eukaryote celler. Disse celleveggene danner det ytterste laget av bakterier og utgjør en del av bakteriekapsel.

De stabiliserer og beskytter cellen og er avgjørende for at bakterier kan smitte vertsceller så vel som bakterias respons på antibiotika.

Generelle kjennetegn på celler

Alle celler i naturen har mange funksjoner til felles. En av disse er tilstedeværelsen av en ekstern cellemembran, eller plasmamembran, som danner den fysiske grensen til cellen på alle sider. Et annet er stoffet kjent som cytoplasma funnet i cellemembranen.

En tredje er inkludering av genetisk materiale i form av DNA, eller deoksyribonukleinsyre. En fjerde er tilstedeværelsen av ribosomer, som produserer proteiner. Hver levende celle bruker ATP (adenosintrifosfat) til energi.

Generell prokaryotisk cellestruktur

Strukturen til prokaryoter er enkel. I disse cellene blir DNA, snarere enn å bli pakket inn i en kjerne innelukket i en kjernemembran, funnet mer løst samlet i cytoplasma, i form av et legeme som kalles en nucleoid.

Dette er normalt i form av et sirkulært kromosom.

Ribosomene i den prokaryote cellen finnes spredt over hele cytoplasmaen, mens i eukaryoter finnes noen av dem i organeller som f.eks. Golgi-apparatet og endoplasmatisk retikulum. Ribosomerjobb er proteinsyntese.

Bakterier reproduseres ved binær fisjon, eller ganske enkelt dele i to og dele cellekomponentene likt, inkludert den genetiske informasjonen i det eneste lille kromosomet.

I motsetning til mitose, krever ikke denne formen for celledeling forskjellige stadier.

Struktur av bakteriecelleveggen

De unike peptidoglykanene: Alle plantecellevegger og bakteriecellevegger består stort sett av karbohydratkjeder.

Men mens plantecellevegger inneholder cellulose, som du vil se oppført i ingrediensene i mange matvarer, inneholder veggene i bakterieceller et stoff som kalles peptidoglycan, som du ikke vil.

Dette peptidoglycan, som er bare funnet i prokaryoter, kommer i forskjellige typer; den gir cellen som helhet sin form og gir beskyttelse for cellen mot mekaniske fornærmelser.

Peptidoglycans består av en ryggrad som heter glycan, som i seg selv består av muraminsyre og glukosaminsom begge igjen har acetylgrupper festet til nitrogenatomer. De inkluderer også peptidkjeder av aminosyrer som er tverrbundet til andre, nærliggende peptidkjeder.

Styrken til disse "brodannende" interaksjonene varierer mye mellom forskjellige peptidoglykaner og derfor mellom forskjellige bakterier.

Denne egenskapen gjør, som du ser, at bakterier kan klassifiseres i forskjellige typer basert på hvordan celleveggene deres reagerer på et bestemt kjemikalie.

Tverrbindene dannes ved virkningen av et enzym kalt a transpeptidase, som er målet for en klasse antibiotika som brukes til å bekjempe smittsom sykdom hos mennesker og andre organismer.

Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier

Mens alle bakterier har en cellevegg, endres sammensetningen fra art til art på grunn av forskjeller i peptidoglykaninnholdet som celleveggene delvis eller for det meste er laget av.

Bakterier kan skilles i to typer som kalles gram-positive og gram-negative.

Disse er oppkalt etter biologen Hans Christian Gram, en pioner innen cellebiologi som utviklet en fargeteknikk på 1880-tallet, passende nok kalt the Grambeis, som fikk visse bakterier til å bli lilla eller blå og andre ble røde eller rosa.

Den tidligere typen bakterier ble kjent som gram-positiveog fargeleggene deres kan tilskrives det faktum at celleveggene deres inneholder en veldig høy brøkdel av peptidoglykan i forhold til veggenes helhet.

De røde eller rosa-fargende bakteriene er kjent som gram-negative, og som du kanskje antar, disse bakteriene har vegger som består av beskjedne til små mengder peptidoglykan.

Hos gramnegative bakterier ligger en tynn membran utenfor celleveggen og danner cellekonvolutt.

Dette laget ligner plasmamembranen til cellen som ligger på den andre siden av celleveggen, nærmere det indre av cellen. I noen gramnegative celler, som E coli, kommer cellemembranen og kjernekonvolutten faktisk i kontakt noen steder, og penetrerer peptidoglykanen til den tynne veggen mellom.

Denne kjernekonvolutten inneholder utvidede molekyler som kalles lipopolysakkarider, eller LPS. Fra det indre av denne membranen er murein-lipoproteiner som er festet helt til ytterst på celleveggen.

Gram-Positive bakteriecellevegger

Gram-positive bakterier har en tykk peptidoglykansk cellevegg, omtrent 20 til 80 nm (nanometer eller en milliarddels meter) tykk.

Eksempler inkluderer stafylokokker, streptokokker, laktobaciller og Bacillus arter.

Disse bakteriene beis lilla eller rød, men vanligvis lilla, med Gram-flekk, da peptidoglycan beholder det fiolette fargestoffet som ble påført tidlig i prosedyren når preparatet senere vaskes med alkohol.

Denne mer robuste celleveggen gir gram-positive bakterier mer beskyttelse mot de fleste utenfor fornærmelser sammenlignet med gram-negative bakterier, selv om høyt peptidoglykansk innhold av disse organismer gjør veggene til noe av en endimensjonal festning, noe som igjen gir en noe enklere strategi for hvordan de skal ødelegges.

••• Sciencing

Grampositive bakterier er generelt mer utsatt for antibiotika som retter seg mot celleveggen enn for gram-negative arter, siden de er utsatt for miljøet i motsetning til å sitte under eller inne i en cellehylle.

Teichoic syres rolle

De peptidoglykanske lagene med gram-positive bakterier er vanligvis høye i molekyler som kalles teikosyrer, eller TAs.

Dette er karbohydratkjeder som når gjennom og noen ganger forbi peptidoglykansk laget.

TA antas å stabilisere peptidoglykan rundt det ganske enkelt ved å gjøre det mer stivt, i stedet for å utøve noen kjemiske egenskaper.

TA er delvis ansvarlig for evnen til visse gram-positive bakterier, for eksempel Streptococcal arter, til å binde seg til spesifikke proteiner på overflaten av vertsceller, noe som letter deres evne til å forårsake infeksjon og i mange tilfeller sykdom.

Når bakterier eller andre mikroorganismer er i stand til å forårsake smittsom sykdom, blir de referert til som patogene.

Celleveggene til bakterier i Mycobacteria-familien, i tillegg til å inneholde peptidoglycan og TAs, har et eksternt "voksaktig" lag laget av mykolsyrer. Disse bakteriene er kjent som "syrefast,Fordi flekker av denne typen er nødvendig for å trenge gjennom dette voksagtige laget for å tillate nyttig mikroskopisk undersøkelse.

Gram-negative bakteriecellevegger

Gram-negative bakterier, som deres gram-positive kolleger, har peptidoglykanske cellevegger.

Imidlertid er veggen mye tynnere, bare rundt 5 til 10 nm tykk. Disse veggene farger ikke lilla med Gram-flekker fordi deres mindre peptidoglykaninnhold betyr at veggen ikke kan beholde mye fargestoff når preparatet vaskes med alkohol, noe som resulterer i en rosa eller rødlig farge til slutt.

Som nevnt ovenfor, er celleveggen ikke den ytterste senere av disse bakteriene, men dekkes i stedet av en annen plasmamembran, cellehyllingen eller ytre membran.

Dette laget er omtrent 7,5 til 10 nm tykt, konkurrerer med eller overskrider tykkelsen på celleveggen.

I de fleste gramnegative bakterier er cellekonvolutten knyttet til en type lipoproteinmolekyl kalt Brauns lipoprotein, som igjen er knyttet til peptidoglycan av celleveggen.

Verktøyene til gramnegative bakterier

Gram-negative bakterier er generelt mindre utsatt for antibiotika som retter seg mot celleveggen fordi de ikke er utsatt for miljøet; den har fremdeles den ytre membranen for beskyttelse.

I tillegg opptar en gellignende matrise i gramnegative bakterier territoriet inne i celleveggen og utenfor plasmamembranen kalt det periplasmatiske rommet.

Den peptidoglykanske komponenten i celleveggen til gramnegative bakterier er bare omtrent 4 nm tykk.

Der en gram-positiv bakteriecellevegg ville ha flere peptidoglykaner for å gi veggsubstansen, har en gram-negativ bug andre verktøy i butikken i den ytre membranen.

Hvert LPS-molekyl er sammensatt av en fettsyrerik Lipid A-underenhet, et lite kjerne-polysakkarid og en O-sidekjede laget av sukkerlignende molekyler. Denne O-sidekjeden utgjør den ytre siden av LPS.

Den nøyaktige sammensetningen av sidekjeden varierer mellom forskjellige bakteriearter.

Deler av O-sidekjeden kjent som antigener kan identifiseres via laboratorietester for å identifisere spesifikke patogene bakteriestammer (en "stamme" er en undertype av en bakterieart, som en hunderase).

Archaea cellevegger

archaea er mer forskjellige enn bakterier, og det samme er celleveggene deres. Disse veggene inneholder ikke peptidoglykan.

Snarere inneholder de vanligvis et lignende molekyl som kalles pseudopeptidoglycan, eller pseudomurein. I dette stoffet erstattes en del av vanlig peptidoglycan kalt NAM med en annen underenhet.

Noen archaea kan i stedet ha et lag med glykoproteiner eller polysakkarider som erstatter celleveggen i stedet for pseudopeptidoglycan. Til slutt, som for noen bakteriearter, mangler noen få archaea cellevegger helt.

Archaea som inneholder pseudomurein er ufølsom for antibiotika fra penicillinklassen fordi disse medikamentene er transpeptidasehemmere som virker for å forstyrre peptidoglykansyntese.

I disse archaea er det ingen peptidoglykaner som blir syntetisert, og derfor er det ingenting for penicilliner å handle på.

Hvorfor er celleveggen viktig?

Bakterieceller som mangler cellevegger kan ha ytterligere celleoverflatestrukturer i tillegg til de som er diskutert, som f.eks glycocalyces (entall er glycocalyx) og S-lag.

En glykokalks er et lag med sukkerlignende molekyler som kommer i to hovedtyper: kapsler og slimlag. En kapsel er et godt organisert lag med polysakkarider eller proteiner. Et slimlag er mindre tett organisert, og det er mindre tett festet til celleveggen under enn en glykokalks.

Som et resultat er en glykokaloks mer motstandsdyktig mot å bli vasket bort, mens et slimlag kan lettere fortrenges. Slimlaget kan være sammensatt av polysakkarider, glykoproteiner eller glykolipider.

Disse anatomiske variasjonene gir stor klinisk betydning.

Glykokalyser lar celler feste seg til visse overflater, og hjelper til med dannelsen av kolonier av organismer som kalles biofilm som kan danne flere lag og beskytte individene i gruppen. Av denne grunn lever de fleste bakterier i naturen i biofilmer dannet fra blandede bakteriesamfunn. Biofilmer hindrer virkningen av antibiotika så vel som desinfeksjonsmidler.

Alle disse egenskapene bidrar til vanskeligheten med å eliminere eller redusere mikrober og utrydde infeksjoner.

Antibiotikaresistens

Bakteriestammer som er naturlig motstandsdyktige mot et gitt antibiotika takket være en sannsynlig fordelaktig mutasjon, blir "valgt for" i menneskelige populasjoner fordi dette er feilene som blir igjen når de antibiotikamottakelige blir drept, og disse "superbugsene" formerer seg og fortsetter å forårsake sykdom.

I løpet av det andre tiåret av det 21. århundre har en rekke gramnegative bakterier blitt stadig mer motstandsdyktige mot antibiotika, noe som fører til økt sykdom og død fra infeksjoner og øker helsekostnadskostnadene. Antibiotikaresistens er et arketypisk eksempel på naturlig seksjon på tidsskalaer som kan observeres for mennesker.

Eksempler inkluderer:

Medisinske forskere jobber for å følge med på resistente feil i det som utgjør et mikrobiologisk armerace.