Czy prokarionty mają ściany komórkowe?

Prokariota reprezentują jedną z dwóch głównych klasyfikacji życia. Pozostałe to eukarionty.

Prokarionty wyróżnia niższy poziom złożoności. Wszystkie są mikroskopijne, choć niekoniecznie jednokomórkowe. Są podzielone na domeny archeony i bakteria, ale zdecydowana większość znanych gatunków prokariontów to bakterie, które żyją na Ziemi od około 3,5 miliarda lat.

Komórki prokariotyczne nie mają jąder ani organelli związanych z błoną. 90 procent bakterii ma jednak ściany komórkowe, którego, z wyjątkiem komórek roślinnych i niektórych komórek grzybowych, brakuje komórkom eukariotycznym. Te ściany komórkowe tworzą najbardziej zewnętrzną warstwę bakterii i stanowią część kapsułka bakteryjna.

Stabilizują i chronią komórkę i są niezbędne, aby bakterie mogły infekować komórki gospodarza, a także reagować na antybiotyki.

Wszystkie komórki w naturze mają wiele wspólnych cech. Jednym z nich jest obecność zewnętrznego Błona komórkowa, lub błona plazmatyczna, który tworzy fizyczną granicę komórki ze wszystkich stron. Inną jest substancja znana jako

Trzeci to włączenie materiału genetycznego w postaci form DNA, lub kwas dezoksyrybonukleinowy. Czwarty to obecność rybosomy, które produkują białka. Każda żywa komórka wykorzystuje ATP (trójfosforan adenozyny) jako energię.

Struktura prokariontów jest prosta. W tych komórkach DNA, zamiast być upakowane w jądrze zamkniętym w błonie jądrowej, jest luźniej zebrane w cytoplazmie, w postaci ciała zwanego nukleoid.

Zwykle ma to postać okrągłego chromosomu.

Rybosomy komórki prokariotycznej znajdują się rozproszone w cytoplazmie komórki, podczas gdy u eukariontów niektóre z nich znajdują się w organellach, takich jak Aparat Golgiego i retikulum endoplazmatyczne. Zadaniem rybosomów jest synteza białek.

Bakterie rozmnażają się przez podział binarny lub po prostu dzieląc się na dwie i dzieląc równo składniki komórki, w tym informację genetyczną w pojedynczym małym chromosomie.

W przeciwieństwie do mitozy, ta forma podziału komórek nie wymaga odrębnych etapów.

Unikalne peptydoglikany: Wszystkie ściany komórkowe roślin i ściany komórek bakterii składają się głównie z łańcuchów węglowodanowych.

Ale podczas gdy ściany komórkowe roślin zawierają celulozę, która jest wymieniona w składnikach wielu produktów spożywczych, ściany komórek bakteryjnych zawierają substancję zwaną peptydoglikan, czego nie zrobisz.

Ten peptydoglikan, który jest znalezione tylko u prokariotów, występuje w różnych typach; nadaje kształt komórce jako całości i zapewnia jej ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Peptydoglikany składają się ze szkieletu zwanego glikan, który sam składa się z kwas muramowy i glukozamina, z których oba z kolei mają grupy acetylowe przyłączone do ich atomów azotu. Obejmują one również łańcuchy peptydowe aminokwasów, które są usieciowane z innymi, pobliskimi łańcuchami peptydowymi.

Siła tych „pomostowych” oddziaływań różni się znacznie między różnymi peptydoglikanami, a zatem między różnymi bakteriami.

Ta cecha, jak zobaczysz, umożliwia klasyfikację bakterii na różne typy na podstawie reakcji ich ścian komórkowych na określoną substancję chemiczną.

Wiązania poprzeczne powstają w wyniku działania enzymu zwanego a transpeptydaza, który jest celem grupy antybiotyków stosowanych do zwalczania chorób zakaźnych u ludzi i innych organizmów.

Chociaż wszystkie bakterie mają ścianę komórkową, jej skład zmienia się w zależności od gatunku ze względu na różnice w zawartości peptydoglikanu, z którego ściany komórkowe są częściowo lub w większości zbudowane.

Bakterie można podzielić na dwa typy zwane Gram-dodatnimi i Gram-ujemnymi.

Są one nazwane na cześć biologa Hans Christian Gram, pionier biologii komórki, który w latach 80. XIX wieku opracował technikę barwienia, trafnie zwaną Plama Grama, który spowodował, że niektóre bakterie stały się fioletowe lub niebieskie, a inne czerwone lub różowe.

Poprzedni typ bakterii stał się znany jako gram-dodatni, a ich właściwości barwiące wynikają z faktu, że ich ściany komórkowe zawierają bardzo dużą frakcję peptydoglikanu w stosunku do całości ściany.

Bakterie barwiące się na czerwono lub na różowo są znane jako gram-ujemny, i jak można się domyślać, te bakterie mają ściany, które składają się ze skromnych lub niewielkich ilości peptydoglikanu.

U bakterii Gram-ujemnych cienka błona znajduje się poza ścianą komórkową, tworząc koperta komórkowa.

Ta warstwa jest podobna do błony komórkowej komórki, która leży po drugiej stronie ściany komórkowej, bliżej wnętrza komórki. W niektórych komórkach gram-ujemnych, takich jak MI. coli, błona komórkowa i otoczka jądrowa faktycznie stykają się w niektórych miejscach, penetrując peptydoglikan cienkiej ściany pomiędzy nimi.

Ta otoczka jądrowa zawiera rozszerzające się na zewnątrz cząsteczki zwane lipopolisacharydy, lub LPS. Z wnętrza tej błony wystają lipoproteiny mureinowe, które są przyłączone na dalszym końcu na zewnątrz ściany komórkowej.

Bakterie Gram-dodatnie mają grubą ścianę komórkową peptydoglikanu o grubości około 20 do 80 nm (nanometrów lub jednej miliardowej części metra).

Przykłady zawierają gronkowce, paciorkowce, lactobacilli i Bakcyl gatunki.

Te bakterie barwią fioletowy lub czerwony, ale zwykle fioletowy, z barwnikiem Grama, ponieważ peptydoglikan zachowuje fioletowy barwnik zastosowany na początku zabiegu, gdy preparat jest później płukany alkoholem.

Ta bardziej wytrzymała ściana komórkowa zapewnia bakteriom Gram-dodatnim większą ochronę przed większością czynników zewnętrznych w porównaniu z bakteriami Gram-ujemnymi, chociaż wysoka zawartość peptydoglikanu tych organizmów sprawia, że ​​ich ściany są czymś w rodzaju jednowymiarowej fortecy, co z kolei ułatwia nieco strategię, jak ją zniszczyć.

•••Nauka

Bakterie Gram-dodatnie są na ogół bardziej podatne na antybiotyki działające na ścianę komórkową niż są gatunek gram-ujemny, ponieważ jest wystawiony na działanie środowiska, a nie siedzi pod komórką lub w jej wnętrzu koperta.

Warstwy peptydoglikanu bakterii Gram-dodatnich są zwykle bogate w cząsteczki zwane kwasy techojowe, lub TA.

Są to łańcuchy węglowodanowe, które docierają przez, a czasem poza warstwę peptydoglikanu.

Uważa się, że TA stabilizuje otaczający go peptydoglikan, po prostu czyniąc go sztywniejszym, a nie wywierając jakichkolwiek właściwości chemicznych.

TA jest częściowo odpowiedzialny za zdolność niektórych bakterii Gram-dodatnich, takich jak gatunki paciorkowców, do wiązania się z specyficzne białka na powierzchni komórek gospodarza, co ułatwia ich zdolność do wywoływania infekcji, a w wielu przypadkach choroba.

Gdy bakterie lub inne mikroorganizmy są zdolne do wywoływania chorób zakaźnych, określa się je jako patogenny.

Ściany komórkowe bakterii Rodzina prątków, oprócz tego, że zawierają peptydoglikan i TA, mają zewnętrzną „woskową” warstwę wykonaną z kwasy mikolowe. Bakterie te są znane jako „kwasoodporny,”, ponieważ tego typu plamy są potrzebne, aby przeniknąć tę woskową warstwę, aby umożliwić przydatne badanie mikroskopowe.

Bakterie Gram-ujemne, podobnie jak ich gram-dodatnie odpowiedniki, mają ściany komórkowe peptydoglikanu.

Jednak ściana jest znacznie cieńsza, ma tylko około 5 do 10 nm grubości. Te ściany nie barwią się na fioletowo barwnikiem Grama, ponieważ ich mniejsza zawartość peptydoglikanu oznacza ścianę nie może zatrzymać dużej ilości barwnika, gdy preparat jest przemyty alkoholem, co powoduje różowy lub czerwonawy kolor w koniec.

Jak zauważono powyżej, ściana komórkowa nie jest najbardziej wysuniętą na zewnątrz z tych bakterii, ale zamiast tego jest pokryta inną błoną plazmatyczną, otoczką komórkową lub błoną zewnętrzną.

Warstwa ta ma grubość około 7,5 do 10 nm, dorównując lub przekraczając grubość ściany komórkowej.

U większości bakterii Gram-ujemnych otoczka komórkowa jest połączona z rodzajem cząsteczki lipoproteinowej zwanej lipoproteiną Brauna, która z kolei jest połączona z peptydoglikanem ściany komórkowej.

Bakterie Gram-ujemne są na ogół mniej podatne na antybiotyki działające na ścianę komórkową, ponieważ nie są one wystawione na działanie środowiska; nadal ma zewnętrzną membranę dla ochrony.

Ponadto u bakterii Gram-ujemnych macierz przypominająca żel zajmuje terytorium wewnątrz ściany komórkowej i poza błoną komórkową zwaną przestrzenią peryplazmatyczną.

Składnik peptydoglikanowy ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych ma grubość tylko około 4 nm.

Tam, gdzie ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich miałaby więcej peptydoglikanów, aby dać jej substancję ściany, chrząszcz Gram-ujemny ma inne narzędzia w swojej zewnętrznej błonie.

Każda cząsteczka LPS składa się z bogatej w kwasy tłuszczowe podjednostki lipidu A, polisacharydu o małym rdzeniu i łańcucha bocznego O zbudowanego z cząsteczek podobnych do cukru. Ten łańcuch boczny O tworzy zewnętrzną stronę LPS.

Dokładny skład łańcucha bocznego różni się w zależności od gatunku bakterii.

Części łańcucha bocznego O znane jako antygeny można zidentyfikować za pomocą testów laboratoryjnych w celu identyfikacji specyficzne patogenne szczepy bakterii („szczep” to podtyp gatunku bakterii, np. rasa pies).

Archea są bardziej zróżnicowane niż bakterie, podobnie jak ich ściany komórkowe. Warto zauważyć, że te ściany nie zawierają peptydoglikanu.

Zamiast tego zwykle zawierają podobnie zwaną cząsteczkę zwaną pseudopeptydoglikan, lub pseudomureina. W tej substancji część zwykłego peptydoglikanu o nazwie NAM zostaje zastąpiona inną podjednostką.

Niektóre archeony mogą zamiast tego mieć warstwę glikoproteiny lub polisacharydy które zastępują ścianę komórkową w miejsce pseudopeptydoglikanu. Wreszcie, podobnie jak w przypadku niektórych gatunków bakterii, kilku archeonom brakuje całkowicie ścian komórkowych.

Archeony zawierające pseudomureinę to niewrażliwy na antybiotyki z klasy penicylin ponieważ leki te są inhibitorami transpeptydazy, które zakłócają syntezę peptydoglikanu.

W tych archeonach nie ma syntetyzowanych peptydoglikanów, a zatem nie ma na co działać penicylin.

Komórki bakteryjne pozbawione ścian komórkowych mogą mieć dodatkowe struktury powierzchni komórki oprócz tych omówionych, takich jak: glikokalizy (liczba pojedyncza to glikokaliks) i warstwy S.

Glikokaliks to warstwa cząsteczek podobnych do cukru, które występują w dwóch głównych typach: kapsułki i warstwy śluzu. Kapsułka to dobrze zorganizowana warstwa polisacharydów lub białek. Warstwa śluzu jest słabiej zorganizowana i jest słabiej przymocowana do ściany komórkowej niż glikokaliks.

Dzięki temu glikokaliks jest bardziej odporny na wypłukiwanie, a warstwę śluzu można łatwiej przemieszczać. Warstwa śluzu może składać się z polisacharydów, glikoprotein lub glikolipidów.

Te różnice anatomiczne mają duże znaczenie kliniczne.

Glikokalyce pozwalają komórkom przyklejać się do określonych powierzchni, pomagając w tworzeniu kolonii organizmów zwanych biofilmy które mogą tworzyć kilka warstw i chronić jednostki w grupie. Z tego powodu większość bakterii żyjących na wolności żyje w biofilmach utworzonych z mieszanych społeczności bakteryjnych. Biofilmy utrudniają działanie antybiotyków oraz środków dezynfekujących.

Wszystkie te atrybuty przyczyniają się do trudności w eliminacji lub redukcji drobnoustrojów i eliminacji infekcji.

Szczepy bakteryjne, które są naturalnie oporne na dany antybiotyk dzięki przypadkowej korzystnej mutacji są „wyselekcjonowane do” w populacjach ludzkich ponieważ są to błędy pozostawione, gdy te podatne na antybiotyki zostaną wybite, a te „superrobaki” mnożą się i nadal powodują choroba.

W drugiej dekadzie XXI wieku coraz więcej bakterii Gram-ujemnych rośnie odporny na antybiotyki, co prowadzi do wzrostu zachorowań i śmierci z powodu infekcji oraz do poprawy opieki zdrowotnej koszty. Oporność na antybiotyki jest archetypowym przykładem naturalnego przekroju w skalach czasowych obserwowalnych dla człowieka.

Przykłady zawierają:

• MI. coli, który powoduje infekcje dróg moczowych (ZUM).
• Acinetobacter baumanii, co powoduje problemy głównie w placówkach służby zdrowia.
• Pseudomonas aeruginosa, który powoduje infekcje krwi i zapalenie płuc u pacjentów hospitalizowanych oraz zapalenie płuc u pacjentów z dziedziczną mukowiscydozą.
• Klebsiella pneumoniae, który jest odpowiedzialny za wiele infekcji w placówkach służby zdrowia, w tym zapalenie płuc, infekcje krwi i ZUM.
• Neisseria gonorrhoeae, który powoduje rzeżączkę przenoszoną drogą płciową, drugą najczęściej zgłaszaną chorobę zakaźną w USA.

Naukowcy medyczni pracują, aby nadążyć za odpornymi robakami, które sprowadzają się do mikrobiologicznego wyścigu zbrojeń.