Plik bakteryjna ściana komórkowa Jest to złożona i półsztywna struktura, odpowiedzialna za ochronę i kształtowanie bakterii. Strukturalnie składa się z cząsteczki zwanej peptydoglikanem. Oprócz ochrony przed zmianami ciśnienia, ściana bakteryjna zapewnia miejsce zakotwiczenia struktur, takich jak wici lub pilis, i określa różne właściwości związane z wirulencją i ruchliwością komórki..
Powszechnie stosowaną metodologią klasyfikacji bakterii ze względu na strukturę ich ściany komórkowej jest barwienie metodą Grama. Polega ona na systematycznym stosowaniu fioletowych i różowych barwników, gdzie bakterie o grubych ściankach i bogate w peptydoglikan wybarwiają się na fioletowo (gram dodatnie), a te o cienkiej ściance otoczone lipopolisacharydami wybarwiają się na różowo (gram ujemny).
Chociaż inne istoty organiczne, takie jak archeony, algi, grzyby i rośliny, mają ściany komórkowe, ich struktura i skład znacznie różnią się od ściany komórkowej bakterii..
Indeks artykułów
W biologii granice między żywymi i nieożywionymi zwykle definiujemy za pomocą błony plazmatycznej. Jednak istnieje wiele organizmów, które są otoczone dodatkową barierą: ścianą komórkową..
U bakterii ściana komórkowa składa się ze skomplikowanej i złożonej sieci makrocząsteczki zwanej peptydoglikanem, znanej również jako mureina..
Ponadto w ścianie możemy znaleźć inne rodzaje substancji, które są połączone z peptydoglikanem, takie jak węglowodany i polipeptydy o różnej długości i strukturze..
Pod względem chemicznym peptydoglikan jest disacharydem, którego jednostkami monomerycznymi są N-acetyloglukozamina i N-acetylomuramina (z korzenia murus, co oznacza ściana).
Zawsze znajdujemy łańcuch utworzony przez tetrapeptydy, który składa się z czterech reszt aminokwasowych połączonych z N-acetylmurami..
Struktura ściany komórkowej bakterii przebiega według dwóch schematów lub dwóch ogólnych wzorców, znanych jako gram dodatni i gram ujemny. W następnej sekcji rozwiniemy dogłębnie ten pomysł.
Zwykle ściana komórkowa bakterii jest otoczona zewnętrznymi strukturami, takimi jak glikokaliks, wici, włókna osiowe, fimbrie i pilis..
Glikokaliks składa się z galaretowatej macierzy otaczającej ścianę i ma zmienny skład (polisacharydy, polipeptydy itp.). U niektórych szczepów bakteryjnych skład tej kapsułki przyczynia się do zjadliwości. Jest również kluczowym składnikiem w tworzeniu biofilmów..
Wici to nitkowate struktury, których kształt przypomina bicz i przyczynia się do mobilności organizmu. Reszta wyżej wymienionych włókien przyczynia się do zakotwiczenia komórki, ruchliwości i wymiany materiału genetycznego..
Chociaż wspomniana powyżej struktura może być uogólniona na ogromną większość organizmów bakteryjnych, istnieją bardzo specyficzne wyjątki, które nie są zgodne z tym schematem ściany komórkowej, ponieważ ich brakuje lub mają bardzo mało materiału..
Członkowie rodzaju Mycoplasma a organizmy spokrewnione filogenetycznie należą do najmniejszych bakterii, jakie kiedykolwiek odnotowano. Ze względu na mały rozmiar nie posiadają ściany komórkowej. W rzeczywistości początkowo uważano je za wirusy, a nie bakterie..
Jednak musi istnieć sposób, aby te małe bakterie uzyskały ochronę. Robią to dzięki obecności specjalnych lipidów zwanych sterolami, które przyczyniają się do ochrony przed lizą komórek..
Główną funkcją ściany komórkowej bakterii jest ochrona komórki, działając jako rodzaj egzoszkieletu (podobnie jak u stawonogów).
Bakterie zawierają w sobie znaczną ilość rozpuszczonych substancji rozpuszczonych. Ze względu na zjawisko osmozy otaczająca je woda będzie próbowała dostać się do komórki tworząc ciśnienie osmotyczne, które w przypadku braku kontroli może doprowadzić do lizy komórki..
Gdyby ściana bakteryjna nie istniała, jedyną barierą ochronną wewnątrz komórki byłaby krucha błona plazmatyczna o charakterze lipidowym, która szybko uległaby ciśnieniu wywołanemu zjawiskiem osmozy..
Ściana komórkowa bakterii tworzy barykadę ochronną przed wahaniami ciśnienia, które mogą wystąpić, co zapobiega lizie komórek.
Dzięki właściwościom sztywności ściana pomaga kształtować bakterie. Dlatego możemy rozróżnić różne formy bakterii w zależności od tego pierwiastka, a na podstawie tej cechy możemy ustalić klasyfikację w oparciu o najczęściej spotykane morfologie (m.in. ziarniaki lub pałeczki)..
Wreszcie, ściana komórkowa służy jako miejsce zakotwiczenia dla innych struktur związanych z ruchliwością i zakotwiczeniem, takich jak wici..
Oprócz tych funkcji biologicznych ściana bakteryjna ma również zastosowania kliniczne i taksonomiczne. Jak zobaczymy później, ściana służy do rozróżniania różnych typów bakterii. Ponadto struktura pozwala zrozumieć zjadliwość bakterii i na jaką klasę antybiotyków może być podatna..
Ponieważ składniki chemiczne ściany komórkowej są unikalne dla bakterii (których brakuje w organizmie ludzkim), pierwiastek ten jest potencjalnym celem dla rozwoju antybiotyków..
W mikrobiologii plamy są szeroko stosowanymi procedurami. Niektóre z nich są proste, a ich celem jest wyraźne pokazanie obecności organizmu. Jednak inne plamy są typu różnicowego, w których zastosowane barwniki reagują w zależności od rodzaju bakterii..
Jednym z najczęściej stosowanych barwników różnicujących w mikrobiologii jest barwienie metodą Grama, technika opracowana w 1884 r. Przez bakteriologa Hansa Christiana Grama. Technika umożliwia podział bakterii na duże grupy: gram-dodatnie i gram-ujemne.
Obecnie jest uważana za technikę o dużej użyteczności medycznej, chociaż niektóre bakterie nie reagują odpowiednio na zabarwienie. Zwykle stosuje się, gdy bakterie są młode i rosną.
(ja) Nakładanie barwnika podstawowego: Próbka utrwalona na gorąco jest pokryta podstawowym fioletowym barwnikiem, zwykle do tego celu używa się fioletu krystalicznego. Ten barwnik przenika wszystkie komórki znalezione w próbce.
(ii) Zastosowanie jodu: Po krótkim czasie z próbki usuwa się purpurowy barwnik i nakłada jod, który jest zaprawą. Na tym etapie bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne są zabarwione na ciemnofioletowo..
(iii) Umyty- Trzeci etap polega na przemyciu barwnika roztworem alkoholu lub mieszaniną alkohol-aceton. Rozwiązania te mają możliwość usunięcia koloru, ale tylko z niektórych próbek..
(iv) Zastosowanie safraniny: Na koniec usuwa się roztwór zastosowany w poprzednim kroku i nakłada się inny barwnik - safraninę. To jest podstawowe zabarwienie czerwone. Barwnik ten jest przemywany i próbka jest gotowa do obserwacji w świetle mikroskopu optycznego..
W etapie (iii) barwienia tylko niektóre bakterie zachowują purpurowy barwnik i są one znane jako bakterie Gram-dodatnie. Kolor safraniny nie ma na nie wpływu, a pod koniec zabarwienia te, które należą do tego typu, są obserwowane na fioletowo..
Teoretyczna zasada barwienia opiera się na strukturze ściany komórkowej bakterii, ponieważ zależy ona od ucieczki lub braku fioletowego barwnika, który tworzy kompleks razem z jodem..
Podstawową różnicą między bakteriami Gram-ujemnymi i dodatnimi jest ilość peptydoglikanu, który zawierają. Gram-dodatnie mają grubą warstwę tego związku, która pozwala zachować fioletowe zabarwienie pomimo późniejszego prania..
Fioletowy kryształ, który dostanie się do komórki w pierwszym etapie, tworzy z jodem kompleks, co utrudnia ucieczkę wraz z przemywaniem alkoholem, dzięki grubej warstwie peptydoglikanu, która je otacza..
Przestrzeń między warstwą peptydoglikanu a błoną komórkową nazywana jest przestrzenią plazmatyczną i składa się z ziarnistej warstwy złożonej z kwasu lipotejchojowego. Dodatkowo bakterie Gram-dodatnie charakteryzują się tym, że posiadają szereg kwasów teichojowych zakotwiczonych w ścianie..
Przykładem tego typu bakterii jest gatunek Staphylococcus aureus, który jest patogenem dla ludzi.
Bakterie, które nie zachowują barwienia z etapu (iii) są domyślnie gramujemnymi. To jest powód, dla którego stosuje się drugi barwnik (safraninę), aby móc wizualizować tę grupę prokariotów. Zatem bakterie Gram-ujemne mają różowy kolor..
W przeciwieństwie do grubej warstwy peptydoglikanu znajdującej się w bakteriach Gram-dodatnich, bakterie ujemne mają znacznie cieńszą warstwę. Dodatkowo prezentują warstwę lipopolisacharydów, która jest częścią ich ściany komórkowej..
Możemy użyć analogii do kanapki: chleb reprezentuje dwie błony lipidowe, a wnętrze lub nadzienie byłoby peptydoglikanem.
Warstwa lipopolisacharydowa składa się z trzech głównych składników: (1) lipidu A, (2) rdzenia z polisacharydów i (3) polisacharydów O, które działają jako antygen..
Kiedy taka bakteria umiera, uwalnia lipid A, który działa jak endotoksyna. Lipid jest związany z objawami wywołanymi infekcjami bakterii Gram-ujemnych, takimi jak gorączka czy rozszerzenie naczyń krwionośnych m.in..
Ta cienka warstwa nie zatrzymuje fioletowego barwnika nałożonego w pierwszym etapie, ponieważ przemywanie alkoholem usuwa warstwę lipopolisacharydu (a wraz z nią barwnik). Nie zawierają kwasów teichojowych wymienionych w gramododatnich.
Przykładem tego wzorca organizacji ściany komórkowej bakterii jest słynna bakteria E coli.
Z medycznego punktu widzenia ważna jest znajomość struktury ściany bakteryjnej, ponieważ bakterie Gram-dodatnie są zwykle łatwo usuwane przez zastosowanie antybiotyków, takich jak penicylina i cefalosporyna..
Natomiast bakterie Gram-ujemne są zwykle oporne na stosowanie antybiotyków, które nie przenikają przez barierę lipopolisacharydową.
Chociaż barwienie metodą Grama jest szeroko znane i stosowane w laboratorium, istnieją również inne metodologie, które umożliwiają różnicowanie bakterii w zależności od aspektów strukturalnych ściany komórkowej. Jedną z nich jest kwaśne zabarwienie, które silnie wiąże się z bakteriami, których ściany są przytwierdzone do woskowych materiałów..
Jest to używane specjalnie do różnicowania gatunków Mycobacterium z innych gatunków bakterii.
Synteza ściany komórkowej bakterii może zachodzić w cytoplazmie komórki lub w błonie wewnętrznej. Po zsyntetyzowaniu jednostek strukturalnych montaż ściany przebiega poza bakteriami.
Synteza peptydoglikanu zachodzi w cytoplazmie, gdzie powstają nukleotydy, które będą służyć jako prekursory tej makrocząsteczki tworzącej ścianę..
Synteza zachodzi do błony komórkowej, gdzie następuje wytwarzanie błonowych związków lipidowych. Wewnątrz błony plazmatycznej zachodzi polimeryzacja jednostek tworzących peptydoglikan. Cały proces wspomagany jest przez różne enzymy bakteryjne.
Ściana komórkowa może ulec degradacji dzięki enzymatycznemu działaniu lizozymu, enzymu występującego naturalnie w płynach, takich jak łzy, śluz i ślina.
Enzym ten działa skuteczniej na ścianki bakterii Gram-dodatnich, te ostatnie są bardziej podatne na lizę..
Mechanizm tego enzymu polega na hydrolizie wiązań, które trzymają razem monomeryczne bloki peptydoglikanu..
Życie dzieli się na trzy główne domeny: bakterie, eukarionty i archeony. Chociaż te ostatnie z pozoru przypominają bakterie, natura ich ściany komórkowej jest inna.
W archeonach ściana komórkowa może, ale nie musi. Jeśli istnieje skład chemiczny, jest on różny, w tym szereg polisacharydów i białek, ale jak dotąd nie odnotowano żadnego gatunku ze ścianą składającą się z peptydoglikanu..
Mogą jednak zawierać substancję znaną jako pseudomureina. Jeśli zastosuje się barwnik Grama, wszystkie będą gramujemne. Dlatego barwienie nie jest przydatne w archeonach..
Jeszcze bez komentarzy