Vai prokariotiem ir šūnu sienas?

Prokarioti pārstāv vienu no divām galvenajām dzīves klasifikācijām. Pārējie ir eikarioti.

Prokariotus izceļ to zemākais sarežģītības līmenis. Tie visi ir mikroskopiski, kaut arī ne vienmēr vienšūnas. Tie ir sadalīti domēnos arheja un baktērijas, bet lielākā daļa zināmo prokariotu sugu ir baktērijas, kas uz Zemes atrodas apmēram 3,5 miljardus gadu.

Prokariotu šūnās nav kodolu vai ar membrānu saistītu organellu. 90 procenti baktēriju tomēr ir šūnu sienas, kuras, izņemot augu šūnas un dažas sēnīšu šūnas, eikariotu šūnām trūkst. Šīs šūnu sienas veido visattālāko baktēriju slāni un veido daļu no baktēriju kapsula.

Tie stabilizē un aizsargā šūnu un ir vitāli nepieciešami baktērijām, kas spēj inficēt saimniekšūnas, kā arī baktēriju reakcijai uz antibiotikām.

Visām šūnām dabā ir daudz kopīgu iezīmju. Viens no tiem ir ārēja klātbūtne šūnu membrānuvai plazmas membrāna, kas no visām pusēm veido šūnas fizisko robežu. Vēl viena ir viela, kas pazīstama kā citoplazma atrasts šūnu membrānā.

Trešā ir ģenētiskā materiāla iekļaušana DNS, vai dezoksiribonukleīnskābe. Ceturtais ir klātbūtne ribosomas, kas ražo olbaltumvielas. Katra dzīvā šūna enerģijai izmanto ATP (adenozīna trifosfātu).

Prokariotu struktūra ir vienkārša. Šajās šūnās DNS tiek iesaiņota kodola membrānā noslēgtā kodolā, nevis citādi, tā ir brīvāk savākta citoplazmā ķermeņa formā, ko sauc par nukleoīds.

Parasti tas notiek apļveida hromosomas formā.

Prokariotu šūnas ribosomas ir izkliedētas visā šūnu citoplazmā, turpretī eikariotos daži no tiem ir organellos, piemēram, Golgi aparāts un Endoplazmatiskais tīkls. Ribosomu darbs ir olbaltumvielu sintēze.

Baktērijas pavairo ar bināro dalīšanos vai vienkārši sadaloties divās daļās un vienādi sadalot šūnu komponentus, ieskaitot ģenētisko informāciju vienā mazajā hromosomā.

Atšķirībā no mitozes šī šūnu dalīšanās forma neprasa atšķirīgus posmus.

Unikālie peptidoglikāni: Visas augu šūnu sienas un baktēriju šūnu sienas galvenokārt sastāv no ogļhidrātu ķēdēm.

Bet, kamēr augu šūnu sienas satur celulozi, kuru jūs redzēsiet uzskaitītas daudzu pārtikas produktu sastāvdaļās, baktēriju šūnu sienās ir viela, ko sauc peptidoglikāns, kas jums nebūs.

Šis peptidoglikāns, kas ir atrodams tikai prokariotos, ir dažādu veidu; tas piešķir šūnai kopumā tās formu un nodrošina šūnas aizsardzību pret mehāniskiem apvainojumiem.

Peptidoglikāni sastāv no mugurkaula, ko sauc glikāns, kas pats sastāv no muramīnskābe un glikozamīns, kuru abās savukārt ir slāpekļa atomiem piesaistītas acetilgrupas. Tie ietver arī aminoskābju peptīdu ķēdes, kas ir savstarpēji saistītas ar citām, tuvumā esošām peptīdu ķēdēm.

Šīs "pārejas" mijiedarbības stiprums starp dažādiem peptidoglikāniem un līdz ar to arī starp dažādām baktērijām ir ļoti atšķirīgs.

Šī īpašība, kā jūs redzēsiet, ļauj baktērijas klasificēt atsevišķos veidos, pamatojoties uz to, kā to šūnu sienas reaģē uz noteiktu ķīmisku vielu.

Šķērssaites veido fermenta darbība, ko sauc par a transpeptidāze, kas ir antibiotiku klases mērķis, ko izmanto, lai apkarotu cilvēku un citu organismu infekcijas slimības.

Kamēr visām baktērijām ir šūnu siena, to sastāvs mainās no sugas uz sugu, ņemot vērā atšķirības peptidoglikāna saturā, no kura daļēji vai lielākoties veidojas šūnu sienas.

Baktērijas var iedalīt divos veidos, ko sauc par grampozitīvām un gramnegatīvām.

Tie ir nosaukti biologa vārdā Hanss Kristians Grams, šūnu bioloģijas pionieris, kurš 1880. gados izstrādāja krāsošanas tehniku, ko trāpīgi dēvē par Grama traips, kas dažām baktērijām izraisīja violetu vai zilu krāsu, bet citas - sarkanu vai rozā krāsu.

Bijušais baktēriju veids sāka būt pazīstams kā grampozitīvsun to krāsošanas īpašības ir attiecināmas uz faktu, ka to šūnu sienas satur ļoti lielu peptidoglikāna daļu attiecībā pret visu sienas daļu.

Sarkanās vai rozā krāsojošās baktērijas ir pazīstamas kā gramnegatīvs, un, kā jūs varētu uzminēt, šīm baktērijām ir sienas, kas sastāv no neliela vai maza peptidoglikāna daudzuma.

Gramnegatīvajās baktērijās plānā membrāna atrodas ārpus šūnu sienas, veidojot šūnu aploksne.

Šis slānis ir līdzīgs šūnas plazmas membrānai, kas atrodas šūnas sienas otrā pusē, tuvāk šūnas iekšienei. Dažās gramnegatīvajās šūnās, piemēram E. koli, šūnas membrāna un kodola apvalks dažās vietās faktiski nonāk saskarē, iekļūstot starp plānās sienas peptidoglikānu.

Šajā kodola apvalkā ir uz āru vērstas molekulas, ko sauc lipopolisaharīdi, vai LPS. No šīs membrānas iekšpuses ir mureīna lipoproteīni, kas tālākajā galā ir piestiprināti pie šūnas sienas ārpuses.

Grampozitīvām baktērijām ir bieza peptidoglikāna šūnu siena, apmēram 20 līdz 80 nm (nanometri vai viena miljardā daļa metru) bieza.

Piemēri ietver stafilokoki, streptokoki, laktobacilli un Bacillus sugas.

Šīs baktērijas nokrāso violets vai sarkans, bet parasti violets, ar Grama traipu, jo peptidoglikāns saglabā violeto krāsvielu, kas uzklāta procedūras sākumā, kad preparātu vēlāk mazgā ar spirtu.

Šī izturīgākā šūnu siena piedāvā gram-pozitīvām baktērijām lielāku aizsardzību pret lielāko daļu ārēju apvainojumu, salīdzinot ar gramnegatīvām baktērijām, lai gan augsts peptidoglikāna saturs no šiem organismiem padara to sienas par viendimensiju cietoksni, savukārt veidojot nedaudz vieglāku stratēģiju, kā to iznīcināt.

•••Zinātniskā

Grampozitīvas baktērijas parasti ir vairāk uzņēmīgas pret antibiotikām, kuru mērķis ir šūnu siena gramnegatīvās sugas, jo tā ir pakļauta videi, nevis sēž zem šūnas vai tās iekšpusē aploksne.

Grampozitīvu baktēriju peptidoglikāna slāņos parasti ir daudz molekulu, ko sauc teichoic skābesvai TA.

Tās ir ogļhidrātu ķēdes, kas nonāk caur peptidoglikāna slāni un dažreiz garām.

Tiek uzskatīts, ka TA stabilizē peptidoglikānu ap to, vienkārši padarot to stingrāku, nevis izmantojot jebkādas ķīmiskas īpašības.

TA daļēji ir atbildīga par noteiktu grampozitīvu baktēriju, piemēram, streptokoku sugu, spēju saistīties specifiskas olbaltumvielas uz saimniekšūnu virsmas, kas atvieglo to spēju izraisīt infekciju un daudzos gadījumos slimība.

Kad baktērijas vai citi mikroorganismi spēj izraisīt infekcijas slimības, tos sauc par patogēns.

Šūnu baktēriju šūnu sienas Mikobaktēriju ģimenepapildus peptidoglikāna un TA saturošam ārējam "vaska" slānim ir izgatavots no mikolskābes. Šīs baktērijas ir pazīstamas kā “ātri skābes,”, Jo šāda veida traipi ir nepieciešami, lai iekļūtu šajā vaskainajā slānī, lai varētu veikt noderīgu mikroskopisku pārbaudi.

Gramnegatīvām baktērijām, tāpat kā to gram-pozitīvajiem kolēģiem, ir peptidoglikāna šūnu sienas.

Tomēr siena ir daudz plānāka, tikai apmēram 5 līdz 10 nm bieza. Šīs sienas nav notraipītas purpursarkanā krāsā ar Grama traipu, jo to mazāks peptidoglikāna saturs nozīmē sienu nevar saglabāt daudz krāsvielu, ja preparātu mazgā ar spirtu, kā rezultātā šķīdumā sārta vai sarkanīga krāsa beigas.

Kā minēts iepriekš, šūnu siena nav šo baktēriju visattālākā, bet tā vietā to pārklāj cita plazmas membrāna, šūnas apvalks vai ārējā membrāna.

Šis slānis ir apmēram 7,5 līdz 10 nm biezs, konkurējot ar šūnu sienas biezumu vai pārsniedzot tā biezumu.

Lielākajā daļā gramnegatīvo baktēriju šūnu apvalks ir saistīts ar lipoproteīnu molekulas tipu, ko sauc par Brauna lipoproteīniem, kas savukārt ir saistīts ar šūnu sienas peptidoglikānu.

Gramnegatīvās baktērijas parasti ir mazāk uzņēmīgas pret antibiotikām, kuru mērķis ir šūnu siena, jo tā nav pakļauta videi; tai joprojām ir ārējā membrāna aizsardzībai.

Turklāt gramnegatīvajās baktērijās gēla veida matrica aizņem teritoriju šūnu sienas iekšpusē un ārpus plazmas membrānas, ko sauc par periplazmas telpu.

Gramnegatīvo baktēriju šūnu sienas peptidoglikāna sastāvdaļa ir tikai aptuveni 4 nm bieza.

Ja grampozitīvai baktēriju šūnu sienai būtu vairāk peptidoglikānu, lai iegūtu tās sienas vielu, gramnegatīvās kļūdas ārējā membrānā ir citi rīki.

Katru LPS molekulu veido taukskābēm bagāta lipīdu A apakšvienība, mazs kodola polisaharīds un O-sānu ķēde, kas izgatavota no cukuram līdzīgām molekulām. Šī O-veida ķēde veido LPS ārējo pusi.

Precīzs sānu ķēdes sastāvs dažādās baktēriju sugās ir atšķirīgs.

O-sānu ķēdes daļas, kas pazīstamas kā antigēni, var identificēt, izmantojot laboratorijas testus specifiski patogēni baktēriju celmi (“celms” ir baktēriju sugas apakštips, tāpat kā suns).

Arheja ir daudzveidīgākas nekā baktērijas, tāpat kā to šūnu sienas. Īpaši šīs sienas nesatur peptidoglikānu.

Drīzāk tie parasti satur līdzīgi sauktu molekulu, ko sauc pseidopeptidoglikānsvai pseidomureīns. Šajā vielā parastā peptidoglikāna daļa, ko sauc par NAM, tiek aizstāta ar citu apakšvienību.

Dažās arhejās var būt slānis glikoproteīni vai polisaharīdi kas aizstāj šūnu sienu pseidopeptidoglikāna vietā. Visbeidzot, tāpat kā dažām baktēriju sugām, dažām arhejām vispār nav šūnu sienu.

Arhejas, kas satur pseidomureīnu, ir nejutīgs pret penicilīna klases antibiotikām jo šīs zāles ir transpeptidāzes inhibitori, kas darbojas, traucējot peptidoglikāna sintēzi.

Šajās arhejās nav sintezējami peptidoglikāni, un tāpēc penicilīniem nav ko rīkoties.

Baktēriju šūnām, kurām nav šūnu sienu, papildus apskatītajām var būt papildu šūnu virsmas struktūras, piemēram, glikokalīzes (vienskaitlis ir glikokalikss) un S slāņi.

Glikokalikss ir cukuram līdzīgu molekulu apvalks, kam ir divi galvenie veidi: kapsulas un gļotu slāņi. Kapsula ir labi organizēts polisaharīdu vai olbaltumvielu slānis. Gļotu slānis ir mazāk cieši organizēts, un tas ir mazāk cieši piestiprināts pie zemāk esošās šūnu sienas nekā glikokalikss.

Tā rezultātā glikokalikss ir izturīgāks pret mazgāšanu, savukārt gļotu slāni var vieglāk pārvietot. Gļotu slānis var sastāvēt no polisaharīdiem, glikoproteīniem vai glikolipīdiem.

Šīs anatomiskās variācijas ir ļoti klīniski nozīmīgas.

Glikokalīzes ļauj šūnām pielipt pie noteiktām virsmām, palīdzot veidot saukto organismu kolonijas biofilmas kas var veidot vairākus slāņus un aizsargāt grupas indivīdus. Šī iemesla dēļ lielākā daļa savvaļas baktēriju dzīvo biofilmās, kas veidotas no jauktām baktēriju kopienām. Biofilmas kavē antibiotiku, kā arī dezinfekcijas līdzekļu darbību.

Visi šie atribūti veicina mikrobu likvidēšanas vai samazināšanas un infekciju izskaušanas grūtības.

Baktēriju celmi, kas dabiski ir izturīgi pret konkrēto antibiotiku, pateicoties iespējami izdevīgai mutācijai, cilvēku populācijās tiek "atlasīti" jo šīs ir kļūdas, kas palikušas, kad tiek iznīcinātas uzņēmīgas pret antibiotikām, un šīs "superbugs" vairojas un turpina izraisīt slimība.

Līdz 21. gadsimta otrajai dekādei arvien vairāk ir kļuvušas dažādas gramnegatīvās baktērijas izturīgs pret antibiotikām, izraisot palielinātu saslimšanu un nāvi no infekcijām un palielinot veselības aprūpi izmaksas. Antibiotiku rezistence ir arhetipisks dabiskas sekcijas piemērs laika skalā, kas novērojama cilvēkiem.

Piemēri:

• E. koli, kas izraisa urīnceļu infekcijas (UTI).
• Acinetobacter baumanii, kas rada problēmas galvenokārt veselības aprūpes iestādēs.
• Pseudomonas aeruginosa, kas izraisa asins infekcijas un pneimoniju hospitalizētiem pacientiem un pneimoniju pacientiem ar iedzimtu slimību cistisko fibrozi.
• Klebsiella pneumoniae, kas ir atbildīgs par daudzām infekcijām ar veselības aprūpi saistītos apstākļos, tostarp par pneimoniju, asins infekcijām un UTI.
• Neisseria gonorrhoeae, kas izraisa seksuāli transmisīvo slimību gonoreju, otro biežāk ziņoto infekcijas slimību ASV

Medicīnas pētnieki cenšas sekot līdzi izturīgajām kļūdām, kas nozīmē mikrobioloģisko bruņošanās sacensību.