هل بدائيات النوى لها جدران خلوية؟

بدائيات النوى تمثل أحد التصنيفين الرئيسيين للحياة. الآخرون هم حقيقيات النواة.

يتم تمييز بدائيات النوى عن طريق انخفاض مستوى تعقيدها. كلها مجهرية ، وإن لم تكن بالضرورة أحادية الخلية. هم مقسمون إلى المجالات العتيقة و بكتيريا، لكن الغالبية العظمى من أنواع بدائيات النوى المعروفة هي البكتيريا ، التي كانت موجودة على الأرض منذ حوالي 3.5 مليار سنة.

لا تحتوي الخلايا بدائية النواة على نوى أو عضيات مرتبطة بالغشاء. ومع ذلك ، فإن 90 في المائة من البكتيريا لديها جدران الخلايا، والتي ، باستثناء الخلايا النباتية وبعض الخلايا الفطرية ، تفتقر إلى الخلايا حقيقية النواة. تشكل جدران الخلايا هذه الطبقة الخارجية من البكتيريا وتشكل جزءًا من كبسولة بكتيرية.

إنها تعمل على استقرار الخلية وحمايتها وهي حيوية لأن البكتيريا قادرة على إصابة الخلايا المضيفة وكذلك استجابة البكتيريا للمضادات الحيوية.

تشترك جميع الخلايا في الطبيعة في العديد من الميزات المشتركة. واحد من هؤلاء هو وجود خارجي غشاء الخلية، أو غشاء بلازمي، والتي تشكل الحدود المادية للخلية من جميع الجوانب. آخر هو المادة المعروفة باسم السيتوبلازم وجدت داخل غشاء الخلية.

والثالث هو إدراج مادة وراثية في شكل الحمض النووي، أو حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. والرابع هو وجود الريبوسوماتالتي تصنع البروتينات. تستخدم كل خلية حية ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) للحصول على الطاقة.

هيكل بدائيات النوى بسيط. في هذه الخلايا ، تم العثور على الحمض النووي ، بدلاً من تعبئته داخل نواة محاطة بغشاء نووي ، بشكل فضفاض أكثر في السيتوبلازم ، في شكل جسم يسمى نووي.

هذا عادة في شكل كروموسوم دائري.

تم العثور على ريبوسومات الخلية بدائية النواة منتشرة في جميع أنحاء سيتوبلازم الخلية ، بينما في حقيقيات النوى ، يوجد بعضها في عضيات مثل جهاز جولجي و ال الشبكة الأندوبلازمية. وظيفة الريبوسومات هي تخليق البروتين.

تتكاثر البكتيريا عن طريق الانشطار الثنائي ، أو ببساطة تنقسم إلى قسمين وتقسيم مكونات الخلية بالتساوي ، بما في ذلك المعلومات الجينية في الكروموسوم الصغير الفردي.

على عكس الانقسام الفتيلي ، لا يتطلب هذا النوع من الانقسام الخلوي مراحل متميزة.

الببتيدوغليكان الفريد: تتكون جميع جدران الخلايا النباتية وجدران الخلايا البكتيرية في الغالب من سلاسل الكربوهيدرات.

ولكن بينما تحتوي جدران الخلايا النباتية على السليلوز ، والذي ستراه مدرجًا في مكونات العديد من الأطعمة ، فإن جدران الخلايا البكتيرية تحتوي على مادة تسمى ببتيدوغليكان، وهو ما لن تفعله.

هذا الببتيدوغليكان ، وهو وجدت فقط في بدائيات النوى، يأتي في أنواع مختلفة ؛ إنه يعطي الخلية ككل شكلها ويمنح الخلية الحماية من الإهانات الميكانيكية.

تتكون الببتيدوغليكان من عمود فقري يسمى جليكان، والتي تتكون في حد ذاتها من حمض الموراميك و الجلوكوزامين، وكلاهما يحتوي بدوره على مجموعات أسيتيل مرتبطة بذرات النيتروجين. وهي تشمل أيضًا سلاسل الببتيد من الأحماض الأمينية المرتبطة بسلاسل الببتيد الأخرى القريبة.

تختلف قوة تفاعلات "الجسر" هذه اختلافًا كبيرًا بين الببتيدوغليكان المختلفة وبالتالي بين البكتيريا المختلفة.

تسمح هذه الخاصية ، كما سترى ، بتصنيف البكتيريا إلى أنواع متميزة بناءً على كيفية تفاعل جدران الخلايا مع مادة كيميائية معينة.

يتم تشكيل الروابط المتقاطعة من خلال عمل إنزيم يسمى أ ترانسبيبتيداز، وهو هدف فئة من المضادات الحيوية المستخدمة لمكافحة الأمراض المعدية في البشر والكائنات الحية الأخرى.

في حين أن جميع البكتيريا لها جدار خلوي ، يتغير تكوينها من الأنواع إلى الأنواع بسبب الاختلافات في محتوى الببتيدوغليكان الذي تتكون منه جدران الخلايا جزئيًا أو في الغالب.

يمكن فصل البكتيريا إلى نوعين يسمى موجب الجرام وسالب الجرام.

سميت هذه على اسم عالم الأحياء هانز كريستيان جرام، رائد في بيولوجيا الخلية الذي طور تقنية تلطيخ في ثمانينيات القرن التاسع عشر ، أطلق عليها على نحو مناسب اسم غرام وصمة عار، التي تسببت في تحول بعض البكتيريا إلى اللون الأرجواني أو الأزرق ، وتحول البعض الآخر إلى اللون الأحمر أو الوردي.

أصبح النوع السابق من البكتيريا يعرف باسم غرام إيجابي، وتعزى خصائص تلطيخها إلى حقيقة أن جدرانها الخلوية تحتوي على نسبة عالية جدًا من الببتيدوجليكان بالنسبة إلى الجدار بأكمله.

تُعرف البكتيريا ذات اللون الأحمر أو الوردي غرام سالبوكما قد تتخيل ، فإن لهذه البكتيريا جدران تتكون من كميات متواضعة إلى صغيرة من الببتيدوغليكان.

في البكتيريا سالبة الجرام ، يوجد غشاء رقيق خارج جدار الخلية ، مكونًا ال غلاف الخلية.

تشبه هذه الطبقة غشاء البلازما للخلية الذي يقع على الجانب الآخر من جدار الخلية ، أقرب إلى الجزء الداخلي للخلية. في بعض الخلايا سالبة الجرام ، مثل E. القولونية، فإن غشاء الخلية والمغلف النووي يتلامسان بالفعل في بعض الأماكن ، ويخترقان الببتيدوغليكان للجدار الرقيق بينهما.

يحتوي هذا الغلاف النووي على جزيئات ممتدة للخارج تسمى عديدات السكاريد الدهنية ، أو LPS. يمتد من داخل هذا الغشاء بروتينات شحمية مورين متصلة في النهاية البعيدة بالجدار الخارجي لجدار الخلية.

البكتيريا موجبة الجرام لها جدار خلوي ببتيدوغليكان سميك ، حوالي 20 إلى 80 نانومتر (نانومتر أو جزء من المليار من المتر).

الامثله تشمل المكورات العنقودية ، العقديات ، العصيات اللبنية و عصية محيط.

هذه البكتيريا تصبغ أرجواني أو أحمر، ولكن عادة ما تكون أرجوانية ، مع صبغة جرام ، حيث يحتفظ الببتيدوجليكان بصبغة البنفسج المطبقة في وقت مبكر من الإجراء عندما يتم غسل المستحضر لاحقًا بالكحول.

يوفر جدار الخلية هذا الأكثر قوة للبكتيريا إيجابية الجرام مزيدًا من الحماية من معظم الإهانات الخارجية مقارنة بالبكتيريا سالبة الجرام ، على الرغم من أن نسبة عالية من الببتيدوغليكان من هذه الكائنات الحية تجعل جدرانها بمثابة حصن أحادي البعد ، مما يجعل بدوره استراتيجية أسهل إلى حد ما فيما يتعلق بكيفية تدميرها.

•••علم

تكون البكتيريا موجبة الجرام بشكل عام أكثر عرضة للمضادات الحيوية التي تستهدف جدار الخلية الأنواع سالبة الجرام ، لأنها تتعرض للبيئة بدلاً من الجلوس أسفل الخلية أو داخلها ظرف.

عادة ما تكون طبقات الببتيدوغليكان من البكتيريا موجبة الجرام عالية في الجزيئات التي تسمى أحماض تيكويك، أو TAs.

هذه هي سلاسل الكربوهيدرات التي تصل إلى طبقة الببتيدوغليكان وأحيانًا تتجاوزها.

يُعتقد أن TA تعمل على تثبيت الببتيدوغليكان حولها ببساطة عن طريق جعلها أكثر صلابة ، بدلاً من ممارسة أي خواص كيميائية.

TA مسؤولة جزئيًا عن قدرة بعض البكتيريا موجبة الجرام ، مثل أنواع المكورات العقدية ، على الارتباط بـ بروتينات معينة على سطح الخلايا المضيفة ، مما يسهل قدرتها على التسبب في العدوى وفي كثير من الحالات مرض.

عندما تكون البكتيريا أو الكائنات الحية الدقيقة الأخرى قادرة على التسبب في مرض معدي ، يشار إليها باسم مسببة للأمراض.

جدران الخلايا من البكتيريا عائلة المتفطرات، بالإضافة إلى احتوائها على الببتيدوغليكان و TAs ، لها طبقة خارجية "شمعية" مصنوعة من الأحماض الفطرية. تُعرف هذه البكتيريا باسم "سريع الحموضة ،لأن هناك حاجة إلى بقع من هذا النوع لاختراق هذه الطبقة الشمعية للسماح بفحص مجهري مفيد.

البكتيريا سالبة الجرام ، مثل نظيراتها إيجابية الجرام ، لها جدران خلايا ببتيدوغليكان.

ومع ذلك ، فإن الجدار أرق بكثير ، فقط حوالي 5 إلى 10 نانومتر. لا تلطخ هذه الجدران اللون الأرجواني بصبغة غرام لأن محتواها الأصغر من الببتيدوغليكان يعني الجدار لا يمكن أن يحتفظ بالكثير من الصبغة عند غسل المستحضر بالكحول ، مما ينتج عنه لون وردي أو ضارب إلى الحمرة في نهاية.

كما هو مذكور أعلاه ، لا يكون جدار الخلية هو الأبعد المتأخر لهذه البكتيريا ، ولكنه بدلاً من ذلك مغطى بغشاء بلازما آخر ، أو غلاف الخلية أو الغشاء الخارجي.

يبلغ سمك هذه الطبقة حوالي 7.5 إلى 10 نانومتر ، مما ينافس أو يتجاوز سمك جدار الخلية.

في معظم البكتيريا سالبة الجرام ، يرتبط غلاف الخلية بنوع من جزيء البروتين الدهني يسمى بروتين براون الدهني ، والذي يرتبط بدوره بالببتيدوغليكان في جدار الخلية.

تكون البكتيريا سالبة الجرام بشكل عام أقل عرضة للمضادات الحيوية التي تستهدف جدار الخلية لأنها لا تتعرض للبيئة ؛ لا يزال لديه الغشاء الخارجي للحماية.

بالإضافة إلى ذلك ، في البكتيريا سالبة الجرام ، تحتل مصفوفة شبيهة بالهلام المنطقة داخل جدار الخلية وخارج غشاء البلازما المسمى بالفضاء المحيط.

يبلغ سمك المكون الببتيدوغليكان لجدار الخلية للبكتيريا سالبة الجرام حوالي 4 نانومتر فقط.

عندما يكون جدار الخلية البكتيرية موجب الجرام يحتوي على المزيد من الببتيدوغليكان لإعطاء مادة جداره ، فإن الحشرة سالبة الجرام لديها أدوات أخرى مخزنة في غشاءها الخارجي.

يتكون كل جزيء LPS من وحدة فرعية ليبيد أ غنية بالأحماض الدهنية ، وعديد سكاريد نواة صغير وسلسلة من الجانب O مصنوعة من جزيئات تشبه السكر. تشكل هذه السلسلة ذات الجانب O الجانب الخارجي لـ LPS.

يختلف التركيب الدقيق للسلسلة الجانبية بين الأنواع البكتيرية المختلفة.

يمكن التعرف على أجزاء من سلسلة O-side المعروفة باسم المستضدات من خلال الاختبارات المعملية لتحديدها سلالات بكتيرية ممرضة محددة ("السلالة" هي نوع فرعي من الأنواع البكتيرية ، مثل سلالة كلب).

العتيقة أكثر تنوعًا من البكتيريا وكذلك جدرانها الخلوية. والجدير بالذكر أن هذه الجدران لا تحتوي على ببتيدوغليكان.

بدلا من ذلك ، عادة ما تحتوي على جزيء مشابه يسمى الببتيدوجليكان الكاذب، أو سودومورين. في هذه المادة ، يتم استبدال جزء من الببتيدوغليكان العادي يسمى NAM بوحدة فرعية مختلفة.

قد تحتوي بعض الأركيا بدلاً من ذلك على طبقة من البروتينات السكرية أو السكريات هذا البديل لجدار الخلية بدلاً من pseudopeptidoglycan. أخيرًا ، كما هو الحال مع بعض الأنواع البكتيرية ، يفتقد عدد قليل من البدئيات جدران الخلايا تمامًا.

الأركيا التي تحتوي على السودومورين هي غير حساس للمضادات الحيوية من فئة البنسلين لأن هذه الأدوية هي مثبطات ترانسببتيداز التي تعمل على التدخل في تخليق الببتيدوغليكان.

في هذه العتائق ، لا توجد ببتيدوغليكانات يتم تصنيعها ، وبالتالي لا يوجد شيء يمكن للبنسلين العمل عليه.

قد تحتوي الخلايا البكتيرية التي تفتقر إلى جدران الخلايا على هياكل إضافية لسطح الخلية بالإضافة إلى تلك التي تمت مناقشتها ، مثل glycocalyces (المفرد هو مركب السكر) وطبقات S.

جلايكوكاليكس عبارة عن طبقة من الجزيئات الشبيهة بالسكر تأتي في نوعين رئيسيين: كبسولات و طبقات الوحل. الكبسولة عبارة عن طبقة جيدة التنظيم من السكريات أو البروتينات. تكون طبقة الوحل أقل تنظيمًا ، وهي أقل ارتباطًا بجدار الخلية أسفلها من glycocalyx.

نتيجة لذلك ، يكون الجليكوكاليكس أكثر مقاومة للانجراف ، بينما يمكن إزاحة طبقة الوحل بسهولة أكبر. قد تتكون طبقة الوحل من عديد السكاريد أو البروتينات السكرية أو الدهون السكرية.

هذه الاختلافات التشريحية تفسح المجال لأهمية سريرية كبيرة.

يسمح Glycocalyces للخلايا بالالتصاق بأسطح معينة ، مما يساعد في تكوين مستعمرات من الكائنات الحية تسمى الأغشية الحيوية يمكن أن تشكل عدة طبقات وتحمي الأفراد في المجموعة. لهذا السبب ، تعيش معظم البكتيريا في البرية في أغشية حيوية تتكون من مجتمعات بكتيرية مختلطة. تعيق الأغشية الحيوية عمل المضادات الحيوية وكذلك المطهرات.

كل هذه الصفات تساهم في صعوبة القضاء على الميكروبات أو الحد منها والقضاء على العدوى.

السلالات البكتيرية المقاومة بشكل طبيعي لمضاد حيوي معين بفضل حدوث طفرة مفيدة "يتم اختيارها" في التجمعات البشرية لأن هذه هي الجراثيم التي تُترك وراءها عندما يتم القضاء على الكائنات المعرضة للمضادات الحيوية ، وتتكاثر هذه "الجراثيم المقاومة" وتستمر في التسبب مرض.

بحلول العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين ، أصبحت مجموعة متنوعة من البكتيريا سالبة الجرام على نحو متزايد مقاومة للمضادات الحيوية ، مما يؤدي إلى زيادة المرض والوفاة من العدوى وزيادة الرعاية الصحية التكاليف. مقاومة المضادات الحيوية هي مثال نموذجي للقسم الطبيعي في المقاييس الزمنية التي يمكن ملاحظتها للبشر.

الامثله تشمل:

• E. القولونية، الذي يسبب التهابات المسالك البولية (UTIs).
• أسينيتوباكتر بوماني، مما يسبب مشاكل بشكل رئيسي في أماكن الرعاية الصحية.
• الزائفة الزنجارية، الذي يسبب التهابات الدم والالتهاب الرئوي في المرضى في المستشفيات والالتهاب الرئوي في المرضى الذين يعانون من مرض التليف الكيسي الوراثي.
• الكلبسيلة الرئوية، وهو المسؤول عن الكثير من العدوى في الأماكن المرتبطة بالرعاية الصحية ، من بينها الالتهاب الرئوي والتهابات الدم والتهابات المسالك البولية.
• النيسرية البنية، الذي يسبب مرض السيلان الذي ينتقل عن طريق الاتصال الجنسي ، وهو ثاني أكثر الأمراض المعدية شيوعًا في الولايات المتحدة.

يعمل الباحثون الطبيون على مواكبة الحشرات المقاومة في ما يرقى إلى سباق التسلح الميكروبيولوجي.