Van-e sejtfaluk a prokariótáknak?

Prokarióták jelentik az élet két fő osztályozásának egyikét. A többiek a eukarióták.

A prokarióták alacsonyabb komplexitási szinttel rendelkeznek. Ezek mind mikroszkóposak, bár nem feltétlenül egysejtűek. Domainekre vannak osztva archaea és baktériumok, de az ismert prokarióta fajok túlnyomó része baktérium, amelyek körülbelül 3,5 milliárd éve vannak a Földön.

A prokarióta sejtek nem rendelkeznek magokkal vagy membránhoz kötött organellákkal. A baktériumok 90 százaléka azonban igen sejtfalak, amelyekből - a növényi sejtek és néhány gombasejt kivételével - hiányoznak az eukarióta sejtek. Ezek a sejtfalak a baktériumok legkülső rétegét alkotják és a baktériumok részét képezik bakteriális kapszula.

Stabilizálják és védik a sejtet, és létfontosságúak a baktériumok számára, hogy képesek megfertőzni a gazdasejteket, valamint a baktériumok antibiotikumokra adott reakciójára.

A természet összes sejtjén számos közös tulajdonság van. Ezek egyike egy külső jelenléte sejt membrán

A harmadik a genetikai anyag felvétele a formába DNS, vagy dezoxiribonukleinsav. A negyedik a jelenléte riboszómák, amelyek fehérjéket gyártanak. Minden élő sejt energiához ATP-t (adenozin-trifoszfátot) használ.

A prokarióták szerkezete egyszerű. Ezekben a sejtekben a DNS ahelyett, hogy egy magmembránba zárt magba lenne csomagolva, lazábban gyűlik össze a citoplazmában, egy test formájában, amelyet nukleoid.

Ez általában kör alakú kromoszóma formájában van.

A prokarióta sejt riboszómái szétszórtan találhatók meg a sejtek citoplazmájában, míg az eukariótákban némelyikük megtalálható az organellákban, például a Golgi-készülék és a endoplazmatikus retikulum. A riboszómák feladata a fehérjeszintézis.

A baktériumok bináris hasadással szaporodnak, vagy egyszerűen kettéválnak, és a sejtkomponenseket egyenlően osztják el, beleértve az egyetlen kis kromoszómában található genetikai információkat is.

A mitózissal ellentétben a sejtosztódásnak ez a formája nem igényel különálló szakaszokat.

Az egyedi peptidoglikánok: Minden növényi sejtfal és baktériumsejt-fal többnyire szénhidrátláncokból áll.

De míg a növényi sejtfalak tartalmaznak cellulózt, amelyet számos étel összetevőjében láthat, addig a baktériumsejtek úgynevezett anyagot tartalmaznak peptidoglikán, amit nem fogsz.

Ez a peptidoglikán, ami csak a prokariótákban található, különböző típusúak; megadja a sejt egészének az alakját, és védelmet nyújt a sejt számára a mechanikai sértések ellen.

A peptidoglikánok az úgynevezett gerincből állnak glikán, amely maga áll muraminsav és glükózaminamelyek mindkét esetben acetilcsoportok kapcsolódnak nitrogénatomjukhoz. Ide tartoznak aminosavak peptidláncai is, amelyek keresztkötésekben vannak más, közeli peptidláncokkal.

Ezeknek az "áthidaló" kölcsönhatásoknak az ereje a különböző peptidoglikánok és így a különböző baktériumok között nagy eltéréseket mutat.

Ez a tulajdonság, amint látni fogja, lehetővé teszi a baktériumok különböző típusokba sorolását annak alapján, hogy sejtfalaik hogyan reagálnak egy bizonyos vegyi anyagra.

A keresztkötéseket az a nevű enzim hatására alakítják ki transzpeptidáz, amely az antibiotikumok egy csoportjának a célpontja, amelyet az emberek és más organizmusok fertőző betegségeinek leküzdésére használnak.

Míg minden baktériumnak van sejtfala, összetétele fajonként változik a peptidoglikán-tartalom különbségei miatt, amelyekből a sejtfalak részben vagy többnyire készülnek.

A baktériumokat két típusra lehet osztani, úgynevezett gram-pozitív és gram-negatív.

Ezeket a biológusról nevezik el Hans Christian Gram, a sejtbiológia úttörője, aki az 1880-as években kifejlesztett egy festési technikát, amelyet találóan az úgynevezett Gram-festés, ami miatt egyes baktériumok lilára vagy kékre, mások pedig pirosra vagy rózsaszínre váltak.

Az előbbi baktériumtípus a gram-pozitívés festési tulajdonságaik annak tulajdoníthatók, hogy sejtfalaik a fal teljes egészéhez viszonyítva nagyon magas peptidoglikán frakciót tartalmaznak.

A vörös vagy rózsaszínűre festő baktériumok ismertek gram-negatív, és mint sejteni lehet, ezeknek a baktériumoknak olyan falai vannak, amelyek szerény vagy kis mennyiségű peptidoglikánból állnak.

Gram-negatív baktériumoknál egy vékony membrán fekszik a sejtfalon kívül, és képezi a sejtet sejtboríték.

Ez a réteg hasonló a sejt plazmamembránjához, amely a sejtfal másik oldalán fekszik, közelebb a sejt belsejéhez. Egyes gram-negatív sejtekben, például E. coli, a sejtmembrán és a magburok néhány helyen valójában érintkezésbe kerül, behatolva a köztük lévő vékony fal peptidoglikánjába.

Ez a mag burok tartalmaz kifelé nyúló molekulákat, ún lipopoliszacharidok, vagy LPS. Ennek a membránnak a belsejéből olyan murein lipoproteinek terjednek ki, amelyek a túlsó végén a sejtfal külsejéhez kapcsolódnak.

A gram-pozitív baktériumok vastag peptidoglikán sejtfalakkal rendelkeznek, körülbelül 20–80 nm vastagságúak (nanométerek vagy egymilliárdméterek).

Ilyenek például staphylococcusok, streptococcusok, lactobacillusok és Bacilus faj.

Ezek a baktériumok foltosak lila vagy piros, de általában lila, Gram-foltos, mivel a peptidoglikán megtartja az eljárás elején alkalmazott ibolya színezéket, amikor a készítményt később alkohollal mossák.

Ez a robusztusabb sejtfal a gram-negatív baktériumokhoz képest több védelmet nyújt a legtöbb külső sértés ellen, bár a magas peptidoglikán tartalom ezeknek a szervezeteknek a falai egydimenziós erőddé teszik a falakat, ami egy kissé könnyebb stratégiát tesz lehetővé annak elpusztítására.

•••Tudományosság

A gram-pozitív baktériumok általában érzékenyebbek a sejtfalat megcélzó antibiotikumokra, mint azok gram-negatív fajok, mivel ki vannak téve a környezetnek, nem pedig egy sejt alatt vagy belül boríték.

A gram-pozitív baktériumok peptidoglikánrétegeiben általában sok az úgynevezett molekula teichoic savak, vagy TA-k.

Ezek olyan szénhidrátláncok, amelyek átjutnak a peptidoglikán rétegen és néha túl is mennek rajta.

Úgy gondolják, hogy a TA stabilizálja a peptidoglikánt körülötte, egyszerűen merevebbé teszi, nem pedig bármilyen kémiai tulajdonság kifejtésével.

A TA részben felelős bizonyos gram-pozitív baktériumok, például a Streptococcus fajok kötődési képességéért specifikus fehérjék a gazdasejtek felszínén, ami megkönnyíti a fertőzés kiváltó képességét és sok esetben betegség.

Amikor a baktériumok vagy más mikroorganizmusok képesek fertőző betegségeket előidézni, akkor ezekre utalunk kórokozó.

A baktériumok sejtfala a Mycobacteria családamellett, hogy peptidoglikánt és TA-kat tartalmaznak, külső „viaszos” rétegük van mikolsavak. Ezeket a baktériumokat „saválló,”, Mert ilyen típusú foltokra van szükség a viaszos réteg behatolásához a hasznos mikroszkópos vizsgálat lehetővé tétele érdekében.

A gram-negatív baktériumok, hasonlóan gram-pozitív társaikhoz, peptidoglikán sejtfalakkal rendelkeznek.

A fal azonban sokkal vékonyabb, csak körülbelül 5–10 nm vastag. Ezek a falak nem festenek lilát Gram-foltokkal, mert kisebb peptidoglikán tartalmuk a falat jelenti nem tarthat sok festéket, ha a készítményt alkohollal mossák, ami rózsaszínű vagy vöröses színt eredményez vége.

Amint fentebb említettük, a sejtfal nem ezen baktériumok legkülső része, hanem egy másik plazmamembrán, a sejtburok vagy a külső membrán borítja.

Ez a réteg körülbelül 7,5-10 nm vastagságú, vetekszik vagy meghaladja a sejtfal vastagságát.

A legtöbb gram-negatív baktériumban a sejtburok egy olyan típusú lipoprotein molekulához kapcsolódik, amelyet Braun lipoproteinnek neveznek, amely viszont a sejtfal peptidoglikánjához kapcsolódik.

A gram-negatív baktériumok általában kevésbé érzékenyek a sejtfalat megcélzó antibiotikumokra, mivel nincs kitéve a környezetnek; még mindig megvan a külső membrán a védelem érdekében.

Ezenkívül gram-negatív baktériumok esetében egy gélszerű mátrix foglalja el a sejtfal belsejében és a plazmamembránon kívüli területet, amelyet periplazmatikus térnek neveznek.

A gram-negatív baktériumok sejtfalának peptidoglikán komponense csak körülbelül 4 nm vastag.

Ahol egy gram-pozitív baktérium sejtfalnak több peptidoglikánja lenne, hogy falának anyagát adja, ott egy gram-negatív hibának egyéb eszközei vannak tárolva a külső membránjában.

Minden LPS molekula zsírsavban gazdag Lipid A alegységből, egy kis mag poliszacharidból és cukorszerű molekulákból álló O oldalláncból áll. Ez az O-oldali lánc képezi az LPS külső oldalát.

Az oldallánc pontos összetétele a különböző baktériumfajok szerint változó.

Az antigénekként ismert O-oldallánc egyes részei laboratóriumi vizsgálatokkal azonosíthatók specifikus kórokozó baktériumtörzsek (a „törzs” egy baktériumfaj egyik altípusa, mint a fajta kutya).

Archaea változatosabbak, mint a baktériumok, és sejtfalak is. Nevezetesen, ezek a falak nem tartalmaznak peptidoglikánt.

Inkább általában tartalmaznak egy hasonló nevű molekulát, az úgynevezett pszeudopeptidoglikán, vagy pszeudomurein. Ebben az anyagban a NAM nevű szabályos peptidoglikán egy részét egy másik alegységgel helyettesítik.

Egyes archeákban lehet egy réteg glikoproteinek vagy poliszacharidok hogy a pseudopeptidoglikán helyett helyettesíti a sejtfalat. Végül, mint néhány baktériumfaj esetében, néhány archeának hiányzik a sejtfala.

A pszeudomureint tartalmazó archeák érzéketlen a penicillin osztály antibiotikumaira mert ezek a gyógyszerek transzpeptidáz inhibitorok, amelyek befolyásolják a peptidoglikán szintézist.

Ezekben az archeákban nincsenek szintetizálódó peptidoglikánok, ezért a penicillinek számára semmi sem hat.

A sejtfalak nélküli baktériumsejtekben a tárgyaltakon kívül további sejtfelületi struktúrák is lehetnek, mint pl glikokalízisek (egyes szám az glycocalyx) és S-rétegek.

A glycocalyx egy cukorszerű molekulák rétege, amely két fő típusba tartozik: kapszulák és iszaprétegek. A kapszula egy jól szervezett poliszacharid vagy fehérje réteg. A nyálkás réteg kevésbé szorosan szerveződik, és kevésbé szorosan kapcsolódik az alatta levő sejtfalhoz, mint egy glikokalyx.

Ennek eredményeként a glycocalyx jobban ellenáll a lemosódásnak, míg egy iszapréteg könnyebben kiszorítható. Az iszapréteg poliszacharidokból, glikoproteinekből vagy glikolipidekből állhat.

Ezek az anatómiai variációk nagy klinikai jelentőségűek.

A glikokalízisek lehetővé teszik a sejtek tapadását bizonyos felületeken, segítve az úgynevezett organizmusok kolóniáinak kialakulását biofilmek amelyek több réteget alkothatnak és megvédhetik a csoport egyedeit. Emiatt a legtöbb vadon élő baktérium vegyes baktériumközösségekből kialakult biofilmekben él. A biofilmek akadályozzák az antibiotikumok, valamint a fertőtlenítők hatását.

Mindezek a tulajdonságok hozzájárulnak a mikrobák eltávolításának vagy csökkentésének, valamint a fertőzések felszámolásának nehézségeihez.

Azok a baktériumtörzsek, amelyek egy adott antibiotikummal szemben egy esetleges előnyös mutációnak köszönhetően rezisztensek, "kiválasztódnak" az emberi populációkban mert ezek azok a hibák, amelyek akkor maradnak hátra, amikor az antibiotikum-fogékonyakat elpusztítják, és ezek a "szuperhibák" szaporodnak és tovább betegség.

A 21. század második évtizedére a gram-negatív baktériumok sokfélesége egyre inkább elterjedt antibiotikumokkal szemben ellenálló, ami fokozott betegséghez és fertőzések okozta halálhoz vezet, és fokozza az egészségügyi ellátást költségek. Az antibiotikum-rezisztencia archetipikus példa az emberi megfigyelhető időbeli skálák természetes metszetére.

Példák:

• E. coli, amely húgyúti fertőzéseket (UTI) okoz.
• Acinetobacter baumanii, ami elsősorban az egészségügyi környezetben okoz problémákat.
• Pseudomonas aeruginosa, amely kórházi betegeknél vérfertőzéseket és tüdőgyulladást, örökletes betegségben szenvedő cisztás fibrózisban szenvedő tüdőgyulladást okoz.
• Klebsiella pneumoniae, amely számos fertőzésért felelős az egészségügyhöz kapcsolódó környezetben, többek között tüdőgyulladás, vérfertőzések és húgyúti fertőzések.
• Neisseria gonorrhoeae, amely a nemi úton terjedő betegség gonorrhoát, az Egyesült Államokban a második leggyakrabban jelentett fertőző betegséget okozza.

Orvosi kutatók azon dolgoznak, hogy lépést tartsanak a rezisztens hibákkal, ami mikrobiológiai fegyverkezési versenyt jelent.