Tartalom
- A sejtek általános jellemzői
- Általános prokarióta sejtszerkezet
- A baktériumsejt fal felépítése
- Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok
- Gram-pozitív baktériumsejtek
- A teiko-savak szerepe
- Gram-negatív baktériumsejtek
- A Gram-negatív baktériumok eszközei
- Archaea sejtfalak
- Miért fontos a sejtfal?
- Antibiotikumokkal szembeni rezisztencia
A prokarióták képviselik az élet két fő osztályozását. A többi a eukarióták.
A prokariótákat alacsonyabb bonyolultsági szint választja el egymástól. Mindegyik mikroszkopikus, bár nem feltétlenül egysejtű. Fel vannak osztva tartományokra archaea és baktériumok, de az ismert prokarióta fajok túlnyomó része baktériumok, amelyek körülbelül 3,5 milliárd éve vannak a Földön.
A prokarióta sejtekben nem vannak sejtmagok vagy membránhoz kötött organellák. A baktériumok 90 százaléka azonban rendelkezik sejtfalak, amelyben a növényi sejtek és néhány gombás sejt kivételével az eukarióta sejtek hiányoznak. Ezek a sejtfalak képezik a baktériumok legkülső rétegét, és a baktérium részét képezik baktériumkapszula.
Stabilizálják és védik a sejtet, és nélkülözhetetlenek a baktériumok számára, hogy megfertőzzék a gazdasejteket, valamint a baktériumok antibiotikumokra adott válaszában.
A sejtek általános jellemzői
A természetben lévő összes sejt sok közös vonással rendelkezik. Ezek egyike a külső jelenléte sejt membránvagy plazma membrán, amely a sejt fizikai határát képezi minden oldalról. Egy másik anyag az úgynevezett citoplazma megtalálható a sejtmembránban.
Harmadik a genetikai anyag beépítése a következő formába: DNS, vagy dezoxiribonukleinsav. A negyedik a riboszómák, amelyek fehérjéket termelnek. Minden élő sejt energiához ATP-t (adenozin-trifoszfátot) használ.
Általános prokarióta sejtszerkezet
A prokarióták szerkezete egyszerű. Ezekben a sejtekben a DNS ahelyett, hogy egy atommembránba körülzárt magba csomagolódna, lazabban gyűlik össze a citoplazmában, egy test formájában, amelyet nukleoid.
Ez általában kör alakú kromoszóma formájában van.
A prokarióta sejt riboszómái szétszórtan találhatók a sejt citoplazmájában, míg az eukariótákban ezek egy része olyan organellákban található, mint a Golgi készülék és a endoplazmatikus retikulum. A riboszómák feladata a fehérje szintézis.
A baktériumok szaporodnak bináris hasadással, vagy egyszerűen kettéosztással és a sejtkomponensek egyenlő elosztásával, ideértve a genetikai információkat az egyetlen kis kromoszómában.
A mitózissal ellentétben a sejtosztódásnak ez a formája nem igényel külön szakaszokat.
A baktériumsejt fal felépítése
Az egyedi peptidglikánok: Az összes növényi és bakteriális sejtfal nagyrészt szénhidrátláncokból áll.
De míg a növényi sejtfalak cellulózt tartalmaznak, amelyet számos élelmiszer összetevőiben felsorolnak, a baktériumsejtek falai egy peptidoglycan, amit nem fogsz.
Ez a peptidoglikán, azaz csak a prokariótákban található meg, különféle típusú; egész sejtet ad alakjának, és védelmet nyújt a sejt számára a mechanikai sérülések ellen.
A peptideglikánok egy úgynevezett gerincből állnak glikánhoz, amely maga áll muramikus sav és glükózamin, amelyek mindegyikében acetilcsoportok kapcsolódnak nitrogénatomjaikhoz. Ide tartoznak azok az aminosavak peptidláncai is, amelyek térhálósítottak más, közeli peptidláncokkal.
Ezen "áthidaló" interakciók erőssége nagyban különbözik a különböző peptidoglikánok, és ezért a különböző baktériumok között.
Ez a tulajdonság, amint láthatja, lehetővé teszi a baktériumok különféle típusokba sorolását annak alapján, hogy sejtfaluk hogyan reagálnak egy adott vegyi anyagra.
A keresztkötéseket az a nevű enzim hatására hozzák létre transzpeptidáz, amely az emberek és más szervezetek fertőző betegségeinek leküzdésére használt antibiotikumok osztályának a célpontja.
Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok
Míg az összes baktériumnak van sejtfala, összetétele fajonként változik a peptidoglikán-tartalom különbségei miatt, amelyekből a sejtfalak részben vagy többnyire készülnek.
A baktériumokat két típusra lehet osztani: gram-pozitív és gram-negatív.
Ezeket a biológus nevezték el Hans Christian Gram, a sejtbiológia úttörője, aki az 1880-as években kifejlesztett egy festési technikát Gram-festés, mely miatt egyes baktériumok lila vagy kék, mások pedig vörös vagy rózsaszínűvé váltak.
A korábbi baktériumtípusról ismertté vált Gram-pozitív, és festődési tulajdonságuk annak tulajdonítható, hogy sejtfalukban a fal teljes részéhez viszonyítva nagyon magas a peptidoglikán hányada.
A vörös vagy rózsaszínű festő baktériumokat nevezik Gram-negatív, és mint gondolhatja, ezeknek a baktériumoknak olyan falai vannak, amelyek szerény vagy kis mennyiségű peptidoglikánból állnak.
A gram-negatív baktériumokban egy vékony membrán fekszik a sejt falán kívül, és így képezi a cella boríték.
Ez a réteg hasonló a sejt plazmamembránjához, amely a sejtfal másik oldalán fekszik, közelebb a sejt belsejéhez. Néhány gram-negatív sejtben, például E. coli, a sejtmembrán és a nukleáris boríték bizonyos helyeken érintkezésbe kerülnek, áthatolva a közöttük lévő vékony fal peptidoglikánjába.
Ez a nukleáris burkolat kifelé kinyúló molekulákat tartalmaz lipopoliszacharidok, vagy LPS. A membrán belsejéből kiterjednek a murein lipoproteinek, amelyek a végükön a sejtfal külső oldalához kapcsolódnak.
Gram-pozitív baktériumsejtek
A gram-pozitív baktériumok vastag peptidoglikán sejtfallal rendelkeznek, körülbelül 20–80 nm (nanométerek vagy egy méter milliárdod) vastag.
A példák között szerepel sztafilokokkusz, sztreptokokkusz, laktobacillus és Bacilus faj.
Ezek a baktériumok elszíneződnek lila vagy piros, de általában lila, grammos folttal, mivel a peptidoglikán megtartja az eljárás elején alkalmazott ibolyaszínű festéket, amikor a készítményt később alkohollal mossák.
Ez a robusztusabb sejtfal gram-pozitív baktériumokat kínál nagyobb védelmet a legtöbb külső sértés ellen, mint a gram-negatív baktériumok, bár a magas peptidoglikán-tartalom ezeknek az organizmusoknak a falai egydimenziós erődvé válnak, és ezzel egy kissé könnyebb stratégiát dolgoznak ki annak megsemmisítésére vonatkozóan.
••• TudományA gram-pozitív baktériumok általában érzékenyebbek a sejtfalot célzó antibiotikumokra, mint a gram-negatív fajok, mivel ezek a környezetnek vannak kitéve, szemben a sejtburkolat alatt vagy annak belsejében üléssel.
A teiko-savak szerepe
A gram-pozitív baktériumok peptidoglikán rétegei általában magasak az úgynevezett molekulákban teichoic savakvagy Tas.
Ezek olyan szénhidrátláncok, amelyek átjutnak a peptidoglikán rétegen és néha meghaladják azt.
Úgy gondolják, hogy a TA stabilizálja a körül levő peptidoglikánt egyszerűen azáltal, hogy merevebbé teszi, és nem kémiai tulajdonságokkal rendelkezik.
A TA részben felelős bizonyos gram-pozitív baktériumok, például a Streptococcus fajok azon képességéért, hogy kötődjenek a gazdasejtek felületén levő specifikus proteinekhez, ami megkönnyíti azok fertőzés és sok esetben betegség kiváltó képességét.
Ha baktériumok vagy más mikroorganizmusok képesek fertőző betegségeket okozni, akkor ezeket nevezik patogén.
A baktériumok sejtfalai Mycobacteria családamellett, hogy a peptidoglikánt és a TA-kat tartalmazzák, egy külső “viaszos” réteggel készülnek mikolsavak. Ezeket a baktériumokat „saválló,", Mivel ilyen típusú foltokra van szükség a viaszos réteg behatolásához, hogy lehetővé váljon a mikroszkopikus vizsgálat.
Gram-negatív baktériumsejtek
A gram-negatív baktériumok, mint a gram-pozitív társaik, peptidoglikán sejtfalakkal rendelkeznek.
A fal azonban sokkal vékonyabb, csak körülbelül 5-10 nm vastag. Ezek a falak nem festenek lila színű grammfestéket, mivel kisebb peptidoglikán-tartalma miatt a fal nem képes sok festéket megtartani, amikor a készítményt alkohollal mossák, ami végül rózsaszínű vagy vöröses színűvé válik.
Mint fentebb megjegyeztük, a sejtfal nem ezeknek a baktériumoknak a legkülső része, hanem egy másik plazmamembrán, a sejtburok vagy a külső membrán borítja.
Ez a réteg vastagsága körülbelül 7,5-10 nm, verseng vagy meghaladja a sejtfal vastagságát.
A legtöbb gram-negatív baktériumban a sejtburok egy típusú lipoprotein molekulahoz kapcsolódik, amelyet Brauns lipoproteinnek hívnak, amely viszont kapcsolódik a sejtfal peptidoglikánjához.
A Gram-negatív baktériumok eszközei
A gram-negatív baktériumok általában kevésbé hajlamosak a sejtfalot célzó antibiotikumokra, mivel azok nincsenek kitéve a környezetnek; még mindig rendelkezik a külső membránnal a védelem érdekében.
Ezenkívül a gram-negatív baktériumokban egy gélszerű mátrix elfoglalja a sejtfal belsejében és a plazmamembránon kívüli területet, az úgynevezett periplazmatikus teret.
A gram-negatív baktériumok sejtfalának peptidoglikán komponense csak körülbelül 4 nm vastag.
Ahol egy gram-pozitív baktériumsejtfalban több peptidoglikán lenne, hogy a fal anyagát adja, a gram-negatív hibának a külső membránjában más eszközök vannak tárolva.
Minden LPS molekula zsírsavban gazdag lipid A alegységből, egy kis mag poliszacharidból és egy cukorszerű molekulákból álló O oldalláncból áll. Ez az O-oldallánc képezi az LPS külső oldalát.
Az oldallánc pontos összetétele a baktériumtípusok között változik.
Az antigének néven ismert O-oldallánc egyes részei laboratóriumi vizsgálatokkal azonosíthatók a specifikus patogén baktériumtörzsek azonosítása céljából (a „törzs” egy baktériumfaj altípusa, mint például a kutyafajta).
Archaea sejtfalak
archaea sokkal változatosabbak, mint a baktériumok, és sejtfaluk is. Nevezetesen, ezek a falak nem tartalmaznak peptidoglikánt.
Inkább általában egy hasonló módon nevezett molekulát tartalmaznak pseudopeptidoglycanvagy pseudomurein. Ebben az anyagban a szokásos NAM-nek nevezett peptidoglikán egy részét másik alegység váltja fel.
Néhány archaea ehelyett lehet egy réteg glikoproteinek vagy poliszacharidok amely pseudopeptidoglikán helyett a sejtfal helyettesíti. Végül, néhány baktériumfajhoz hasonlóan, néhány archaáról hiányzik a sejtfalak.
Archaea, amely pszeudomureint tartalmaz nem érzékeny a penicillin osztályú antibiotikumokra mivel ezek a gyógyszerek transzpeptidáz inhibitorok, amelyek megzavarják a peptidoglikán szintézist.
Ezekben az archaea-ban nem szintetizálódnak peptidoglikánok, ezért a penicillinek semmit sem tudnak befolyásolni.
Miért fontos a sejtfal?
Azoknak a baktériumsejteknek, amelyekben sejtfalak hiányoznak, a megbeszélteken kívül további sejtfelszíni szerkezetek is lehetnek, például glycocalyces (egyetlen szám glikokalix) és S-rétegek.
A glycocalyx egy réteg cukorszerű molekulák, amelyeknek két fő típusa van: kapszulák és iszap rétegek. A kapszula egy jól szervezett réteg poliszacharidokat vagy fehérjéket. Egy iszapréteg kevésbé szorosan szerveződött, és kevésbé szorosan kapcsolódik az alatta lévő sejtfalhoz, mint egy glycocalyx.
Ennek eredményeként a glycocalyx sokkal jobban ellenáll a mosásnak, miközben egy iszapréteg könnyebben eltolható. A nyálkás réteg poliszacharidokból, glikoproteinekből vagy glikolipidekből állhat.
Ezek az anatómiai variációk nagy klinikai jelentőséggel bírnak.
A glycocalyces lehetővé teszik a sejtek számára, hogy tapadjanak bizonyos felületekhez, elősegítve az úgynevezett organizmusok kolóniájának kialakulását a biofilm amelyek több réteget képezhetnek és megvédik a csoport egyedeit. Ezért a vadon élő baktériumok többsége vegyes baktériumközösségekből álló biofilmekben él. A biofilmek akadályozzák az antibiotikumok és a fertőtlenítőszerek hatását.
Mindezek a tulajdonságok hozzájárulnak a mikrobák eltávolításának vagy csökkentésének, valamint a fertőzések felszámolásának nehézségeihez.
Antibiotikumokkal szembeni rezisztencia
Azokat a baktériumtörzseket, amelyek egy adott antibiotikum ellen természetesen rezisztensek az esetleges előnyös mutációnak köszönhetően, "kiválasztják" az emberi populációkban, mert ezek azok a hibák, amelyek hátramaradtak, amikor az antibiotikumokkal szemben érzékenyeket elpusztítják, és ezek a "szuperbugok" szaporodnak és tovább folytatódnak. betegséget okozhatnak.
A 21. század második évtizedére a gram-negatív baktériumok egyre inkább rezisztensek az antibiotikumokkal szemben, ami megnövekedett betegségekhez és fertőzések okozta halálhoz vezet, és növeli az egészségügyi ellátás költségeit. Az antibiotikum-rezisztencia az természetes megfigyelés archetipikus példája az emberek számára megfigyelhető idő skálán.
Példák:
Az orvoskutatók azon dolgoznak, hogy lépést tartsanak a rezisztens hibákkal, amelyek összevetik a mikrobiológiai fegyverkezési versenyt.