Haben Prokaryoten Zellwände?

Prokaryoten stellen eine der beiden Hauptklassifikationen des Lebens dar. Die anderen sind die Eukaryoten.

Prokaryoten zeichnen sich durch ihre geringere Komplexität aus. Sie sind alle mikroskopisch klein, aber nicht unbedingt einzellig. Sie sind unterteilt in die Domänen Archaeen und Bakterien, aber die überwiegende Mehrheit der bekannten Prokaryotenarten sind Bakterien, die seit rund 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde leben.

Prokaryontische Zellen haben keine Kerne oder membrangebundenen Organellen. 90 Prozent der Bakterien haben jedoch Zellwände, die mit Ausnahme von Pflanzenzellen und einigen Pilzzellen eukaryontischen Zellen fehlen. Diese Zellwände bilden die äußerste Bakterienschicht und bilden einen Teil der Bakterienkapsel.

Sie stabilisieren und schützen die Zelle und sind für die Infektion von Wirtszellen sowie für die Reaktion der Bakterien auf Antibiotika von entscheidender Bedeutung.

Alle Zellen in der Natur haben viele Gemeinsamkeiten. Eine davon ist das Vorhandensein eines externen

Ein drittes ist die Aufnahme von genetischem Material in Form von DNA, oder Desoxyribonukleinsäure. Eine vierte ist die Anwesenheit von Ribosomen, die Proteine ​​herstellen. Jede lebende Zelle verwendet ATP (Adenosintriphosphat) zur Energiegewinnung.

Der Aufbau von Prokaryonten ist einfach. In diesen Zellen befindet sich die DNA, anstatt in einem Kern, der von einer Kernmembran eingeschlossen ist, verpackt im Zytoplasma, in Form eines Körpers namens a. Nukleoid.

Dies hat normalerweise die Form eines kreisförmigen Chromosoms.

Die Ribosomen der prokaryotischen Zelle sind über das gesamte Zellzytoplasma verstreut, während bei Eukaryoten einige von ihnen in Organellen wie dem Golgi-Apparat und der endoplasmatisches Retikulum. Die Aufgabe der Ribosomen ist die Proteinsynthese.

Bakterien vermehren sich durch binäre Spaltung oder einfach in zwei Teile zu teilen und die Zellbestandteile gleichmäßig zu teilen, einschließlich der genetischen Information in dem einzelnen kleinen Chromosom.

Im Gegensatz zur Mitose erfordert diese Form der Zellteilung keine unterschiedlichen Stadien.

Die einzigartigen Peptidoglycane: Alle Pflanzenzellwände und Bakterienzellwände bestehen größtenteils aus Kohlenhydratketten.

Aber während Pflanzenzellwände Zellulose enthalten, die in den Inhaltsstoffen zahlreicher Lebensmittel aufgeführt sind, enthalten die Wände von Bakterienzellen eine Substanz namens Peptidoglycan, was Sie nicht tun werden.

Dieses Peptidoglycan, das nur in Prokaryoten gefunden, kommt in verschiedenen Arten; es verleiht der Zelle als Ganzes ihre Form und schützt die Zelle vor mechanischen Einwirkungen.

Peptidoglycane bestehen aus einem Rückgrat namens Glykan, die selbst besteht aus Muraminsäure und Glucosamin, von denen beide wiederum Acetylgruppen an ihren Stickstoffatomen haben. Sie umfassen auch Peptidketten von Aminosäuren, die mit anderen, nahegelegenen Peptidketten vernetzt sind.

Die Stärke dieser "Brücken"-Wechselwirkungen variiert stark zwischen verschiedenen Peptidoglykanen und daher zwischen verschiedenen Bakterien.

Diese Eigenschaft ermöglicht es, wie Sie sehen werden, in verschiedene Typen zu klassifizieren, je nachdem, wie ihre Zellwände auf eine bestimmte Chemikalie reagieren.

Die Vernetzungen werden durch die Wirkung eines Enzyms namens a. gebildet Transpeptidase, das das Ziel einer Klasse von Antibiotika ist, die zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten bei Menschen und anderen Organismen verwendet werden.

Obwohl alle Bakterien eine Zellwand haben, ändert sich ihre Zusammensetzung von Spezies zu Spezies aufgrund von Unterschieden im Peptidoglykangehalt, aus dem die Zellwände teilweise oder größtenteils bestehen.

Bakterien können in zwei Typen unterteilt werden, die als gram-positiv und gram-negativ bezeichnet werden.

Diese sind nach dem Biologen benannt Hans Christian Gram, einem Pionier der Zellbiologie, der in den 1880er Jahren eine Färbetechnik entwickelte, die treffend als. bezeichnet wird Gramm-Färbung, das dazu führte, dass bestimmte Bakterien lila oder blau und andere rot oder rosa wurden.

Die frühere Bakterienart wurde bekannt als grampositiv, und ihre färbenden Eigenschaften sind darauf zurückzuführen, dass ihre Zellwände, bezogen auf die Gesamtwand, einen sehr hohen Anteil an Peptidoglycan enthalten.

Die rot oder rosa färbenden Bakterien sind bekannt als gram-negativ, und wie Sie sich vorstellen können, haben diese Bakterien Wände, die aus bescheidenen bis kleinen Mengen an Peptidoglycan bestehen.

Bei gramnegativen Bakterien liegt eine dünne Membran außerhalb der Zellwand, die die Zellhülle.

Diese Schicht ähnelt der Plasmamembran der Zelle, die auf der anderen Seite der Zellwand, näher am Zellinneren liegt. In einigen gramnegativen Zellen, wie z E. coli, die Zellmembran und die Kernhülle berühren sich an einigen Stellen tatsächlich und durchdringen das Peptidoglycan der dünnen Wand dazwischen.

Diese Kernhülle enthält sich nach außen erstreckende Moleküle, genannt Lipopolysaccharide, oder LPS. Aus dem Inneren dieser Membran erstrecken sich Murein-Lipoproteine, die am äußersten Ende an der Außenseite der Zellwand befestigt sind.

Gram-positive Bakterien haben eine dicke Peptidoglycan-Zellwand, etwa 20 bis 80 nm (Nanometer oder ein Milliardstel Meter) dick.

Beispiele beinhalten Staphylokokken, Streptokokken, Laktobazillen und Bazillus Spezies.

Diese Bakterien färben lila oder rot, aber normalerweise violett, mit Gram-Färbung, da das Peptidoglycan den violetten Farbstoff behält, der zu Beginn des Verfahrens aufgetragen wurde, wenn das Präparat später mit Alkohol gewaschen wird.

Diese robustere Zellwand bietet grampositiven Bakterien im Vergleich zu gramnegativen Bakterien mehr Schutz vor den meisten äußeren Einflüssen, obwohl die hoher Peptidoglycan-Gehalt dieser Organismen macht ihre Mauern zu einer eindimensionalen Festung, was wiederum eine etwas einfachere Strategie für ihre Zerstörung ermöglicht.

•••Wissenschaft

Gram-positive Bakterien sind im Allgemeinen anfälliger für Antibiotika, die auf die Zellwand abzielen als Gram-negative Spezies, da sie der Umwelt ausgesetzt ist, anstatt unter oder in einer Zelle zu sitzen Briefumschlag.

Die Peptidoglycan-Schichten grampositiver Bakterien sind normalerweise reich an Molekülen, die als. bezeichnet werden teichonsäuren, oder TAs.

Dies sind Kohlenhydratketten, die die Peptidoglycanschicht durchdringen und manchmal darüber hinaus reichen.

Es wird angenommen, dass TA das Peptidoglycan um es herum stabilisiert, indem es es einfach steifer macht, anstatt irgendwelche chemischen Eigenschaften auszuüben.

TA ist teilweise verantwortlich für die Fähigkeit bestimmter grampositiver Bakterien, wie Streptokokken-Arten, an. zu binden spezifische Proteine ​​auf der Oberfläche von Wirtszellen, was ihre Fähigkeit zur Infektion erleichtert und in vielen Fällen Erkrankung.

Wenn Bakterien oder andere Mikroorganismen in der Lage sind, Infektionskrankheiten zu verursachen, werden sie als. bezeichnet pathogen.

Die Zellwände der Bakterien des Familie der Mykobakterien, enthalten zusätzlich zu Peptidoglycan und TAs eine äußere „wachsartige“ Schicht aus Mykolsäuren. Diese Bakterien sind bekannt als „säurefest,“, da solche Flecken benötigt werden, um diese Wachsschicht zu durchdringen, um eine nützliche mikroskopische Untersuchung zu ermöglichen.

Gram-negative Bakterien haben wie ihre gram-positiven Gegenstücke Peptidoglycan-Zellwände.

Die Wand ist jedoch viel dünner, nur etwa 5 bis 10 nm dick. Diese Wände färben sich bei Gram-Färbung nicht violett, da ihr geringerer Peptidoglycan-Gehalt die Wand bedeutet kann beim Waschen mit Alkohol nicht viel Farbstoff zurückhalten, was zu einer rosa oder rötlichen Farbe im Ende.

Wie oben erwähnt, ist die Zellwand nicht die äußerste spätere dieser Bakterien, sondern wird stattdessen von einer anderen Plasmamembran, der Zellhülle oder Außenmembran, bedeckt.

Diese Schicht ist etwa 7,5 bis 10 nm dick und kann die Dicke der Zellwand erreichen oder übersteigen.

Bei den meisten gramnegativen Bakterien ist die Zellhülle mit einer Art Lipoproteinmolekül namens Brauns Lipoprotein verbunden, das wiederum mit dem Peptidoglycan der Zellwand verbunden ist.

Gram-negative Bakterien sind im Allgemeinen weniger anfällig für Antibiotika, die auf die Zellwand abzielen, da sie nicht der Umwelt ausgesetzt sind; es hat immer noch die äußere Membran zum Schutz.

Darüber hinaus besetzt bei gramnegativen Bakterien eine gelartige Matrix das Territorium innerhalb der Zellwand und außerhalb der Plasmamembran, das als periplasmatischer Raum bezeichnet wird.

Die Peptidoglycan-Komponente der Zellwand gramnegativer Bakterien ist nur etwa 4 nm dick.

Während eine grampositive Bakterienzellwand mehr Peptidoglycane für die Wandsubstanz hätte, hat ein gramnegativer Käfer andere Werkzeuge in seiner äußeren Membran parat.

Jedes LPS-Molekül besteht aus einer fettsäurereichen Lipid-A-Untereinheit, einem kleinen Polysaccharid und einer O-Seitenkette aus zuckerähnlichen Molekülen. Diese O-Seitenkette bildet die Außenseite des LPS.

Die genaue Zusammensetzung der Seitenkette variiert zwischen verschiedenen Bakterienarten.

Teile der O-Seitenkette, die als Antigene bekannt sind, können durch Labortests identifiziert werden spezifische pathogene Bakterienstämme (ein „Stamm“ ist eine Unterart einer Bakterienart, wie eine Rasse von Hund).

Archaeen sind vielfältiger als Bakterien und ebenso ihre Zellwände. Bemerkenswerterweise enthalten diese Wände kein Peptidoglycan.

Stattdessen enthalten sie normalerweise ein ähnlich benanntes Molekül namens Pseudopeptidoglycan, oder Pseudomurein. In dieser Substanz wird ein Teil des regulären Peptidoglykans namens NAM durch eine andere Untereinheit ersetzt.

Einige Archaeen können stattdessen eine Schicht aus Glykoproteine oder Polysaccharide die die Zellwand anstelle von Pseudopeptidoglycan ersetzen. Schließlich fehlen, wie bei einigen Bakterienarten, bei einigen Archaeen die Zellwände ganz.

Archaeen, die Pseudomurein enthalten, sind unempfindlich gegen Antibiotika der Penicillin-Klasse weil diese Medikamente Transpeptidase-Inhibitoren sind, die die Peptidoglycan-Synthese stören.

In diesen Archaeen werden keine Peptidoglycane synthetisiert und somit auch keine Penicilline.

Bakterienzellen ohne Zellwände können zusätzlich zu den besprochenen Zelloberflächenstrukturen zusätzliche Strukturen aufweisen, wie z Glykokalysen (Singular ist Glykokalyx) und S-Schichten.

Eine Glykokalyx ist eine Hülle aus zuckerähnlichen Molekülen, die in zwei Haupttypen vorkommt: Kapseln und Schleimschichten. Eine Kapsel ist eine gut organisierte Schicht aus Polysacchariden oder Proteinen. Eine Schleimschicht ist weniger fest organisiert und weniger fest mit der darunter liegenden Zellwand verbunden als eine Glykokalyx.

Dadurch ist eine Glykokalyx widerstandsfähiger gegen das Wegspülen, während eine Schleimschicht leichter verdrängt werden kann. Die Schleimschicht kann aus Polysacchariden, Glykoproteinen oder Glykolipiden bestehen.

Diese anatomischen Variationen sind von großer klinischer Bedeutung.

Glykokalysen ermöglichen es Zellen, an bestimmten Oberflächen zu haften, und unterstützen die Bildung von Kolonien von Organismen, die als. bezeichnet werden Biofilme die mehrere Schichten bilden und die Individuen in der Gruppe schützen können. Aus diesem Grund leben die meisten Bakterien in freier Wildbahn in Biofilmen, die aus gemischten Bakteriengemeinschaften gebildet werden. Biofilme behindern die Wirkung von Antibiotika sowie Desinfektionsmitteln.

Alle diese Attribute tragen zu der Schwierigkeit bei, Mikroben zu eliminieren oder zu reduzieren und Infektionen auszurotten.

Bakterienstämme, die aufgrund einer zufälligen vorteilhaften Mutation von Natur aus gegen ein bestimmtes Antibiotikum resistent sind, werden in menschlichen Populationen "selektiert". denn das sind die Käfer, die zurückbleiben, wenn die antibiotikaempfindlichen abgetötet werden, und diese "Superbugs" vermehren sich und verursachen weiterhin Erkrankung.

Im zweiten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts wird eine Vielzahl gramnegativer Bakterien immer häufiger resistent gegen Antibiotika, was zu vermehrten Erkrankungen und Todesfällen durch Infektionen führt und die Gesundheitsversorgung in die Höhe treibt Kosten. Antibiotikaresistenz ist ein archetypisches Beispiel für den natürlichen Schnitt auf für den Menschen beobachtbaren Zeitskalen.

Beispiele beinhalten:

• E. coli, die Harnwegsinfektionen (HWI) verursacht.
• Acinetobacter baumanii, die vor allem im Gesundheitswesen zu Problemen führt.
• Pseudomonas aeruginosa, das bei hospitalisierten Patienten Blutinfektionen und Lungenentzündung und bei Patienten mit der Erbkrankheit Mukoviszidose eine Lungenentzündung verursacht.
• Klebsiella pneumoniae, das für viele Infektionen im Gesundheitswesen verantwortlich ist, darunter Lungenentzündungen, Blutinfektionen und Harnwegsinfektionen.
• Neisseria gonorrhoeae, die die sexuell übertragbare Krankheit Gonorrhoe verursacht, die am zweithäufigsten gemeldete Infektionskrankheit in den USA.

Medizinische Forscher arbeiten daran, mit resistenten Schädlingen Schritt zu halten, was einem mikrobiologischen Wettrüsten gleichkommt.