Kas prokarüootidel on rakuseinad?

Prokarüootid esindavad ühte kahest peamisest elu klassifikatsioonist. Teised on eukarüootid.

Prokarüootid eristuvad nende madalama keerukuse taseme poolest. Need kõik on mikroskoopilised, kuigi mitte tingimata üherakulised. Need on jagatud domeenideks arheed ja bakterid, kuid valdav osa teadaolevatest prokarüootliikidest on bakterid, mis on Maal olnud umbes 3,5 miljardit aastat.

Prokarüootsetel rakkudel pole tuuma ega membraaniga seotud organelle. 90 protsenti bakteritest on seda siiski teinud rakuseinad, millel, välja arvatud taimerakud ja mõned seenrakud, puuduvad eukarüootsed rakud. Need rakuseinad moodustavad äärmise bakterikihi ja moodustavad osa bakterikapsel.

Need stabiliseerivad ja kaitsevad rakku ning on elutähtsad nii bakteritele, kes suudavad nakatada peremeesrakke, kui ka bakterite reaktsioonile antibiootikumidele.

Kõigil looduse rakkudel on palju ühiseid jooni. Üks neist on välise olemasolu rakumembraanvõi plasmamembraan, mis moodustab raku füüsilise piiri igast küljest. Teine on aine, mida nimetatakse tsütoplasma rakumembraanist.

Kolmas on geneetilise materjali lisamine vormis DNA, või desoksüribonukleiinhape. Neljas on ribosoomid, mis toodavad valke. Iga elus rakk kasutab energia saamiseks ATP-d (adenosiinitrifosfaati).

Prokarüootide struktuur on lihtne. Nendes rakkudes leitakse DNA, mitte pakendatud tuumamembraani suletud tuumasse, tsütoplasmasse vabamalt kogunenud keha kujul, mida nimetatakse nukleoidne.

See on tavaliselt ümmarguse kromosoomi kujul.

Prokarüootsete rakkude ribosoomid on hajutatud kogu raku tsütoplasmas, eukarüootides aga mõned neist organellides, näiteks Golgi aparaat ja endoplasmaatiline retikulum. Ribosoomide ülesanne on valgusüntees.

Bakterid paljunevad binaarse lõhustumise teel või jagunevad lihtsalt kaheks ja jagavad rakukomponendid võrdselt, kaasa arvatud ühe väikese kromosoomi geneetiline teave.

Erinevalt mitoosist ei vaja see rakkude jagunemise vorm erinevaid etappe.

Ainulaadsed peptidoglükaanid: Kõik taimerakkude seinad ja bakterirakkude seinad koosnevad enamasti süsivesikute ahelatest.

Kuid kui taimerakkude seinad sisaldavad tselluloosi, mida näete loetletud paljude toiduainete koostisosades, sisaldavad bakterirakkude seinad ainet nimega peptidoglükaan, mida te ei tee.

See peptidoglükaan, mis on leidub ainult prokarüootides, on erinevat tüüpi; see annab rakule tervikuna kuju ja annab rakule kaitse mehaaniliste solvangute eest.

Peptidoglükaanid koosnevad selgroost, mida nimetatakse glükaan, mis ise koosneb muramiinhape ja glükoosamiin, millel mõlemal on omakorda lämmastiku aatomitega seotud atsetüülrühmad. Nende hulka kuuluvad ka aminohapete peptiidahelad, mis on ristseotud teiste lähedalasuvate peptiidahelatega.

Nende "sillavate" interaktsioonide tugevus varieerub erinevate peptidoglükaanide ja seetõttu erinevate bakterite vahel väga erinevalt.

Nagu näete, võimaldab see omadus bakterid liigitada erinevatesse tüüpidesse vastavalt sellele, kuidas nende rakuseinad reageerivad teatud kemikaalile.

Ristsidemed moodustuvad ensüümi nimega a transpeptidaas, mis on antibiootikumide klassi sihtmärk, mida kasutatakse inimeste ja teiste organismide nakkushaiguste vastu võitlemiseks.

Kuigi kõigil bakteritel on rakusein, muutub selle koostis liikide kaupa erinevuste tõttu peptidoglükaani sisalduses, millest rakuseinad on osaliselt või enamasti valmistatud.

Bakterid võib jagada kahte tüüpi, mida nimetatakse grampositiivseteks ja gramnegatiivseteks.

Need on nime saanud bioloogi järgi Hans Christian Gram, rakubioloogia pioneer, kes töötas välja värvimismeetodi 1880ndatel, nimetatuna tabavalt Grammiplekk, mis põhjustas teatud bakterite muutumise lillaks või siniseks ning teised punaseks või roosaks.

Endist tüüpi baktereid hakati nimetama grampositiivneja nende värvimisomadused on tingitud asjaolust, et nende rakuseinad sisaldavad kogu seina suhtes väga suurt osa peptidoglükaani.

Punaseid või roosat värvi bakterid on tuntud kui gramnegatiivneja nagu võite arvata, on nende bakterite seinad, mis koosnevad tagasihoidlikest kuni väikestest kogustest peptidoglükaanist.

Gramnegatiivsete bakterite korral asub õhuke membraan väljaspool rakuseina, moodustades raku ümbris.

See kiht sarnaneb raku plasmamembraaniga, mis asub rakuseina teisel küljel, lähemal raku sisemusele. Mõnes gramnegatiivses rakus, näiteks E. coli, rakumembraan ja tuumaümbris puutuvad mõnes kohas tegelikult kokku, tungides selle vahele jääva õhukese seina peptidoglükaani.

See tuumaümbris sisaldab väljapoole ulatuvaid molekule, mida nimetatakse lipopolüsahhariidid, või LPS. Selle membraani sisemusest ulatuvad mureiini lipoproteiinid, mis on kinnitatud kaugemast otsast rakuseina välisküljele.

Grampositiivsetel bakteritel on paks peptidoglükaani rakusein, paksus umbes 20–80 nm (nanomeetrid või üks miljardik meetrit).

Näited hõlmavad järgmist stafülokokid, streptokokid, laktobatsillid ja Bacillus liigid.

Need bakterid värvuvad lilla või punane, kuid tavaliselt lillakas, Grami värviga, kuna peptidoglükaan säilitab protseduuri alguses kasutatud violetse värvuse, kui preparaati hiljem alkoholiga pestakse.

See tugevam rakusein pakub gram-positiivsetele bakteritele rohkem kaitset enamiku väliste solvangute eest võrreldes gramnegatiivsete bakteritega, ehkki kõrge peptidoglükaani sisaldus nendest organismidest muudab nende seinad umbes ühemõõtmeliseks kindluseks, mis omakorda on mõnevõrra lihtsam strateegia selle hävitamiseks.

•••Teadmine

Grampositiivsed bakterid on rakuseinale suunatud antibiootikumide suhtes vastuvõtlikumad kui tavaliselt gramnegatiivsed liigid, kuna see puutub kokku keskkonnaga, mitte raku all või sees istumisega ümbrik.

Grampositiivsete bakterite peptidoglükaanikihtides on tavaliselt palju molekule, mida nimetatakse teichoehappedvõi TA-d.

Need on süsivesikute ahelad, mis ulatuvad läbi peptidoglükaanikihi ja mõnikord ka sellest mööda.

Arvatakse, et TA stabiliseerib peptidoglükaani selle ümber, muutes selle lihtsalt jäigemaks, mitte keemiliste omaduste avaldamise kaudu.

TA vastutab osaliselt teatud grampositiivsete bakterite, näiteks streptokokkide liikide seondumisvõime eest spetsiifilised valgud peremeesrakkude pinnal, mis hõlbustab nende võimet nakkust põhjustada ja paljudel juhtudel haigus.

Kui bakterid või muud mikroorganismid on võimelised nakkushaigust põhjustama, viidatakse neile kui patogeenne.

Bakterite rakuseinad Mükobakterite perekondLisaks peptidoglükaani ja TA-de sisaldamisele peavad välised vaha kihid olema valmistatud mükoolhapped. Neid baktereid tuntakse kuihappekindel,”, Sest selle vahakihi läbitungimiseks on vaja seda tüüpi plekke, mis võimaldaks kasulikku mikroskoopilist uurimist.

Gramnegatiivsetel bakteritel, nagu ka nende grampositiivsetel analoogidel, on peptidoglükaani rakuseinad.

Kuid sein on palju õhem, ainult umbes 5–10 nm paks. Need seinad ei määri Grami värviga lillat värvi, kuna nende väiksem peptidoglükaani sisaldus tähendab seina ei suuda säilitada palju värvaineid, kui preparaati pestakse alkoholiga, mille tulemuseks on roosa või punakas värv lõpp.

Nagu eespool märgitud, ei ole rakusein nende bakterite kõige hilisem hilisem osa, vaid selle katab hoopis teine ​​plasmamembraan, raku ümbris või välimine membraan.

Selle kihi paksus on umbes 7,5 kuni 10 nm, konkureerides või ületades rakuseina paksust.

Enamikus gramnegatiivsetest bakteritest on raku ümbris seotud teatud tüüpi lipoproteiini molekulidega, mida nimetatakse Brauni lipoproteiiniks, mis omakorda on seotud rakuseina peptidoglükaaniga.

Gramnegatiivsed bakterid on rakuseinale suunatud antibiootikumide suhtes vähem vastuvõtlikud, kuna see ei puutu kokku keskkonnaga; sellel on endiselt kaitsmiseks välimine membraan.

Lisaks sellele hõivab gramnegatiivsete bakterite korral geelitaoline maatriks rakuseina sees ja väljaspool plasmamembraani asuva territooriumi, mida nimetatakse periplasmaruumiks.

Gramnegatiivsete bakterite rakuseina peptidoglükaankomponent on ainult umbes 4 nm paks.

Kui grampositiivse bakterirakuseina seina aine saamiseks oleks rohkem peptidoglükaane, on gramnegatiivse vea välismembraanis muid tööriistu.

Iga LPS molekul koosneb rasvhapeterikkast lipiid A alaühikust, väikesest südamikpolüsahhariidist ja suhkrutaolistest molekulidest valmistatud O-külgahelast. See O-külgahel moodustab LPS-i välise külje.

Külgahela täpne koostis varieerub erinevate bakteriliikide lõikes.

Antigeenidena tuntud O-külgahela osi saab tuvastada laboratoorsete testide abil spetsiifilised patogeensed bakteritüved (“tüvi” on bakteriliigi nagu alatüüp, alamtüüp koer).

Arheia on bakteritest mitmekesisemad ja nende rakuseinad samuti. Nimelt ei sisalda need seinad peptidoglükaani.

Pigem sisaldavad need tavaliselt sarnast molekuli, mida nimetatakse pseudopeptidoglükaanvõi pseudomureiin. Selles aines asendatakse osa tavalisest peptidoglükaanist, mida nimetatakse NAMiks, teise alaühikuga.

Mõnes arheias võib selle asemel olla kiht glükoproteiinid või polüsahhariidid see asendab rakuseina pseudopeptidoglükaani asemel. Lõpuks, nagu mõnede bakteriliikide puhul, puuduvad ka mõnedel arheedel rakuseinad.

Pseudomureiini sisaldavad arheed on tundetu penitsilliini klassi antibiootikumide suhtes kuna need ravimid on transpeptidaasi inhibiitorid, mis mõjutavad peptidoglükaani sünteesi.

Nendes arheedes ei sünteesita ühtegi peptidoglükaani ja seetõttu pole penitsilliinidel midagi tegutseda.

Bakterirakkudel, millel puuduvad rakuseinad, võivad lisaks käsitletutele olla täiendavad rakupinna struktuurid, näiteks glükokalütsid (ainsus on glükokalüks) ja S-kihid.

Glükokalüks on suhkrusarnaste molekulide kiht, mis on kahte tüüpi: kapslid ja lima kihid. Kapsel on hästi organiseeritud polüsahhariidide või valkude kiht. Limekiht on vähem tihedalt korraldatud ja see on vähem tihedalt allpool oleva rakuseina külge kinnitatud kui glükokalüks.

Selle tulemusel on glükokalüks rohkem pestavam, samas kui limakihti saab kergemini välja tõrjuda. Limekiht võib koosneda polüsahhariididest, glükoproteiinidest või glükolipiididest.

Need anatoomilised variatsioonid omavad suurt kliinilist tähtsust.

Glükokalüüsid võimaldavad rakkudel teatud pindadele kleepuda, aidates kaasa nn biofilmid mis võib moodustada mitu kihti ja kaitsta rühma inimesi. Sel põhjusel elab enamik looduses asuvaid baktereid biofilmides, mis on moodustatud segatud bakterikooslustest. Biofilmid takistavad nii antibiootikumide kui ka desinfektsioonivahendite toimet.

Kõik need omadused suurendavad mikroobide kõrvaldamise või vähendamise ning nakkuste likvideerimise raskusi.

Bakteritüved, mis on tänu juhuslikule soodsale mutatsioonile antud antibiootikumi suhtes loomulikult resistentsed, "valitakse" inimpopulatsioonides sest need on vead, mis jäävad maha, kui antibiootikumidele vastuvõtlikud tapetakse, ja need "superbugid" paljunevad ja põhjustavad jätkuvalt haigus.

21. sajandi teiseks kümnendiks on üha enam muutunud mitmesuguseid gramnegatiivseid baktereid antibiootikumide suhtes resistentne, põhjustades nakkuste tõttu suurenenud haigusi ja surma ning suurendades tervishoiuteenuseid kulud. Antibiootikumiresistentsus on arhetüüpne näide looduslikust jaotusest ajaskaalal, mida inimesed saavad jälgida.

Näited hõlmavad järgmist:

• E. coli, mis põhjustab kuseteede infektsioone (UTI).
• Acinetobacter baumanii, mis põhjustab probleeme peamiselt tervishoiuasutustes.
• Pseudomonas aeruginosa, mis põhjustab vereinfektsioone ja kopsupõletikku hospitaliseeritud patsientidel ja kopsupõletikku päriliku haiguse tsüstilise fibroosiga patsientidel.
• Klebsiella pneumoniae, mis põhjustab tervishoiuteenustega seotud keskkondades paljude nakkuste, sealhulgas kopsupõletiku, vereinfektsioonide ja kuseteede infektsioonide eest.
• Neisseria gonorrhoeae, mis põhjustab sugulisel teel levivat haigust gonorröa, mis on USA-s teine ​​levinum nakkushaigus

Meditsiiniteadlased töötavad selle nimel, et püsida mikrobioloogilises võidujooksus resistentsete vigadega.