Прокариотите имат ли клетъчни стени?

Прокариоти представляват една от двете основни класификации на живота. Останалите са еукариоти.

Прокариотите са отделени от по-ниското си ниво на сложност. Всички те са микроскопични, макар и не непременно едноклетъчни. Те са разделени на домейни архея и бактерии, но по-голямата част от известните видове прокариоти са бактерии, които са на Земята от около 3,5 милиарда години.

Прокариотните клетки нямат ядра или мембранно свързани органели. 90 процента от бактериите обаче го имат клетъчни стени, които, с изключение на растителните клетки и някои гъбични клетки, липсват на еукариотните клетки. Тези клетъчни стени образуват най-външния слой на бактериите и съставляват част от бактериална капсула.

Те стабилизират и защитават клетката и са жизненоважни за бактериите, които могат да заразят клетките гостоприемници, както и за реакцията на бактериите към антибиотици.

Всички клетки в природата споделят много общи черти. Едно от тях е наличието на външен клетъчната мембрана

Трето е включването на генетичен материал под формата на ДНК, или Дезоксирибонуклеинова киселина. Четвърто е наличието на рибозоми, които произвеждат протеини. Всяка жива клетка използва АТФ (аденозин трифосфат) за енергия.

Структурата на прокариотите е проста. В тези клетки ДНК, вместо да бъде опакована в ядро, затворено в ядрена мембрана, се намира по-свободно събрана в цитоплазмата, под формата на тяло, наречено нуклеоиден.

Това обикновено е под формата на кръгова хромозома.

Рибозомите на прокариотната клетка се намират разпръснати в клетъчната цитоплазма, докато при еукариотите някои от тях се намират в органели като апарат на Голджи и ендоплазмения ретикулум. Работата на рибозомите е синтезът на протеини.

Бактериите се размножават чрез бинарно делене или просто разделяне на две и разделяне на клетъчните компоненти по равно, включително генетичната информация в единичната малка хромозома.

За разлика от митозата, тази форма на клетъчно делене не изисква отделни етапи.

Уникалните пептидогликани: Всички растителни клетъчни стени и бактериални клетъчни стени се състоят предимно от въглехидратни вериги.

Но докато растителните клетъчни стени съдържат целулоза, която ще видите, изброена в съставките на множество храни, стените на бактериалните клетки съдържат вещество, наречено пептидогликан, което няма да.

Този пептидогликан, който е намира се само в прокариоти, се предлага в различни видове; тя придава на клетката като цяло своята форма и осигурява защита на клетката от механични обиди.

Пептидогликаните се състоят от гръбначен стълб, наречен гликан, което само по себе си се състои мурамична киселина и глюкозамини двете от своя страна имат ацетилови групи, свързани с техните азотни атоми. Те също така включват пептидни вериги на аминокиселини, които са омрежени към други, близки пептидни вериги.

Силата на тези „свързващи“ взаимодействия варира в широки граници между различните пептидогликани и следователно между различните бактерии.

Тази характеристика, както ще видите, позволява на бактериите да бъдат класифицирани в различни типове въз основа на това как техните клетъчни стени реагират на определен химикал.

Омрежните връзки се образуват от действието на ензим, наречен a транспептидаза, който е обект на клас антибиотици, използвани за борба с инфекциозните заболявания при хора и други организми.

Докато всички бактерии имат клетъчна стена, съставът им се променя от вид на вид поради разликите в съдържанието на пептидогликан, от които частично или предимно са изградени клетъчните стени.

Бактериите могат да бъдат разделени на два вида, наречени грам-положителни и грам-отрицателни.

Те са кръстени на биолога Ханс Кристиан Грам, пионер в клетъчната биология, който е разработил техника за оцветяване през 1880-те, подходящо наречена Грам петно, което е причинило някои бактерии да станат лилави или сини, а други да станат червени или розови.

Предишният вид бактерии стана известен като грам-положителнии техните оцветяващи свойства се дължат на факта, че клетъчните им стени съдържат много висока фракция на пептидогликан спрямо цялата стена.

Червените или розови оцветяващи бактерии са известни като грам-отрицателни, и както се досещате, тези бактерии имат стени, които се състоят от скромни до малки количества пептидогликан.

При грам-отрицателни бактерии тънка мембрана лежи извън клетъчната стена, образувайки клетъчен плик.

Този слой е подобен на плазмената мембрана на клетката, която лежи от другата страна на клетъчната стена, по-близо до вътрешността на клетката. В някои грам-отрицателни клетки, като Д. коли, клетъчната мембрана и ядрената обвивка действително влизат в контакт на някои места, прониквайки в пептидогликана на тънката стена между тях.

Тази ядрена обвивка съдържа разширени навън молекули, наречени липополизахариди, или LPS. От вътрешността на тази мембрана се простират муреинови липопротеини, които са прикрепени в далечния край към външната страна на клетъчната стена.

Грам-положителните бактерии имат дебела клетъчна стена на пептидогликан, дебела около 20 до 80 nm (нанометри или една милиардна част от метър).

Примерите включват стафилококи, стрептококи, лактобацили и Бацил видове.

Тези бактерии оцветяват лилаво или червено, но обикновено лилаво, с оцветяване по Грам, тъй като пептидогликанът задържа виолетовата боя, нанесена в началото на процедурата, когато препаратът по-късно се измие с алкохол.

Тази по-здрава клетъчна стена предлага грам-положителни бактерии по-голяма защита от повечето външни обиди в сравнение с грам-отрицателните бактерии, въпреки че високо съдържание на пептидогликан от тези организми прави стените им нещо като едноизмерна крепост, което от своя страна прави малко по-лесна стратегия за това как да я унищожи.

•••Наука

Грам-положителните бактерии обикновено са по-податливи на антибиотици, насочени към клетъчната стена, отколкото са грам-отрицателни видове, тъй като той е изложен на околната среда, вместо да седи под или вътре в клетка плик.

Пептидогликановите слоеве на грам-положителните бактерии обикновено са с високо съдържание на молекули, наречени тейхоеви киселини, или TAs.

Това са въглехидратни вериги, които достигат през и понякога минават пептидогликановия слой.

Смята се, че ТА стабилизира пептидогликана около него, просто като го прави по-твърд, вместо да упражнява някакви химически свойства.

TA е отчасти отговорен за способността на някои грам-положителни бактерии, като стрептококови видове, да се свързват с специфични протеини на повърхността на клетките гостоприемници, което улеснява способността им да причиняват инфекция и в много случаи заболяване.

Когато бактериите или други микроорганизми са способни да причинят инфекциозно заболяване, те се наричат патогенни.

Клетъчните стени на бактериите на Семейство микобактерии, освен че съдържат пептидогликан и ТА, имат външен "восъчен" слой от миколова киселина. Тези бактерии са известни като „киселинно бързо,”, Тъй като петна от този тип са необходими, за да проникнат през този восъчен слой, за да позволят полезно микроскопско изследване.

Грам-отрицателните бактерии, подобно на техните грам-положителни аналози, имат пептидогликанови клетъчни стени.

Стената обаче е много по-тънка, с дебелина само около 5 до 10 nm. Тези стени не оцветяват лилаво с оцветяване по Грам, защото по-малкото им съдържание на пептидогликан означава стената не може да задържа много багрило, когато препаратът се измие с алкохол, което води до розов или червеникав цвят в край.

Както беше отбелязано по-горе, клетъчната стена не е най-външната по-късно от тези бактерии, а вместо това е покрита от друга плазмена мембрана, клетъчната обвивка или външната мембрана.

Този слой е с дебелина около 7,5 до 10 nm, съперничещ или надвишаващ дебелината на клетъчната стена.

При повечето грам-отрицателни бактерии клетъчната обвивка е свързана с тип липопротеинова молекула, наречена липопротеин на Браун, който от своя страна е свързан с пептидогликана на клетъчната стена.

Грам-отрицателните бактерии обикновено са по-малко податливи на антибиотици, насочени към клетъчната стена, тъй като тя не е изложена на околната среда; все още има външната мембрана за защита.

Освен това при грам-отрицателни бактерии гелоподобен матрикс заема територията вътре в клетъчната стена и извън плазмената мембрана, наречена периплазматично пространство.

Пептидогликановият компонент на клетъчната стена на грам-отрицателни бактерии е с дебелина само около 4 nm.

Там, където грам-положителна бактериална клетъчна стена би имала повече пептидогликани, за да даде своето стенно вещество, грам-отрицателна бъг има запазени други инструменти във външната си мембрана.

Всяка LPS молекула се състои от богата на мастни киселини субединица Lipid A, малък сърцевинен полизахарид и O-странична верига, направена от подобни на захар молекули. Тази O-странична верига образува външната страна на LPS.

Точният състав на страничната верига варира между различните бактериални видове.

Части от О-страничната верига, известни като антигени, могат да бъдат идентифицирани чрез лабораторни тестове за идентифициране специфични патогенни бактериални щамове („щам“ е подтип на бактериален вид, като порода от куче).

Архея са по-разнообразни от бактериите и техните клетъчни стени също. Забележително е, че тези стени не съдържат пептидогликан.

По-скоро те обикновено съдържат така наречената молекула, наречена псевдопептидогликан, или псевдомуреин. В това вещество част от обикновения пептидогликан, наречена NAM, се заменя с различна субединица.

Вместо това някои археи могат да имат слой от гликопротеини или полизахариди този заместител на клетъчната стена на мястото на псевдопептидогликан. И накрая, както при някои бактериални видове, на няколко археи липсват изцяло клетъчни стени.

Археите, които съдържат псевдомуреин, са нечувствителен към антибиотици от пеницилиновия клас тъй като тези лекарства са инхибитори на транспептидаза, които действат, като пречат на синтеза на пептидогликан.

В тези археи няма синтезирани пептидогликани и следователно нищо, върху което пеницилините да действат.

Бактериалните клетки, на които липсват клетъчни стени, могат да имат допълнителни структури на клетъчната повърхност в допълнение към тези, които се обсъждат, като например гликокалиции (единствено число е гликокаликс) и S-слоеве.

Гликокаликсът е слой от подобни на захар молекули, който се предлага в два основни типа: капсули и слузови слоеве. Капсулата е добре организиран слой от полизахариди или протеини. Слузният слой е по-малко плътно организиран и е по-плътно прикрепен към клетъчната стена отдолу, отколкото гликокаликс.

В резултат на това гликокаликсът е по-устойчив на отмиване, докато слузният слой може да бъде по-лесно изместен. Слузният слой може да бъде съставен от полизахариди, гликопротеини или гликолипиди.

Тези анатомични вариации имат голямо клинично значение.

Гликокалиците позволяват на клетките да се придържат към определени повърхности, подпомагайки образуването на колонии от организми, наречени биофилми които могат да образуват няколко слоя и да защитават индивидите в групата. Поради тази причина повечето бактерии в дивата природа живеят в биофилми, образувани от смесени бактериални съобщества. Биофилмите възпрепятстват действието на антибиотиците, както и на дезинфектантите.

Всички тези атрибути допринасят за трудността на елиминирането или намаляването на микробите и унищожаването на инфекциите.

Бактериални щамове, които са естествено резистентни към даден антибиотик благодарение на възможна изгодна мутация, са „избрани за“ в популациите от хора защото това са грешките, останали след унищожаването на чувствителните към антибиотици и тези "супербубове" се размножават и продължават да причиняват заболяване.

До второто десетилетие на 21 век разнообразието от грам-отрицателни бактерии става все по-често устойчиви на антибиотици, водещи до повишено заболяване и смърт от инфекции и стимулиране на здравеопазването разходи. Резистентността към антибиотици е архетипен пример за естествено разделяне на времеви скали, наблюдавани за хората.

Примерите включват:

• Д. коли, което причинява инфекции на пикочните пътища (ИПП).
• Acinetobacter baumanii, което създава проблеми главно в здравните заведения.
• Pseudomonas aeruginosa, което причинява инфекции на кръвта и пневмония при хоспитализирани пациенти и пневмония при пациенти с наследствено заболяване муковисцидоза.
• Klebsiella pneumoniae, който е отговорен за много инфекции в свързаните със здравеопазването среди, сред които пневмония, кръвни инфекции и инфекции на пикочните пътища.
• Neisseria gonorrhoeae, което причинява полово предаваната болест гонорея, втората най-често съобщавана инфекциозна болест в САЩ

Медицински изследователи работят, за да се справят с резистентните бъгове, което се равнява на микробиологична надпревара във въоръжаването.