Majú prokaryoti bunkové steny?

Prokaryotes predstavujú jednu z dvoch hlavných klasifikácií života. Ostatné sú eukaryoty.

Prokaryoty sa odlišujú nižšou úrovňou zložitosti. Všetky sú mikroskopické, aj keď nie nevyhnutne jednobunkové. Sú rozdelené do domén archaea a baktérie, ale veľká väčšina známych druhov prokaryotov sú baktérie, ktoré sú na Zemi asi 3,5 miliardy rokov.

Prokaryotické bunky nemajú jadrá alebo membrány viazané organely. 90 percent baktérií však má bunkové steny, ktoré, s výnimkou rastlinných buniek a niektorých plesňových buniek, eukaryotickým bunkám chýbajú. Tieto bunkové steny tvoria najodľahlejšiu vrstvu baktérií a tvoria časť bakteriálna kapsula.

Stabilizujú a chránia bunku a sú životne dôležité pre baktérie schopné infikovať hostiteľské bunky, ako aj pre odpoveď baktérií na antibiotiká.

Všetky bunky v prírode zdieľajú mnoho spoločných znakov. Jednou z nich je prítomnosť externého bunková membránaalebo plazmatická membrána, ktorá zo všetkých strán tvorí fyzickú hranicu bunky. Ďalším je látka známa ako cytoplazma nachádzajú v bunkovej membráne.

Treťou je zahrnutie genetického materiálu vo forme DNA, alebo deoxyribonukleová kyselina. Štvrtá je prítomnosť ribozómy, ktoré vyrábajú bielkoviny. Každá živá bunka používa na energiu ATP (adenozíntrifosfát).

Štruktúra prokaryotov je jednoduchá. V týchto bunkách sa DNA nachádza skôr v jadre uzavretom v jadrovej membráne a nachádza sa voľnejšie v cytoplazme vo forme tela nazývaného nukleoid.

To je zvyčajne vo forme kruhového chromozómu.

Ribozómy prokaryotickej bunky sa nachádzajú rozptýlené v celej bunkovej cytoplazme, zatiaľ čo u eukaryotov sa niektoré z nich nachádzajú v organelách, ako napríklad Golgiho aparát a endoplazmatické retikulum. Úlohou ribozómov je syntéza bielkovín.

Baktérie sa množia binárnym štiepením alebo jednoduchým rozdelením na dve časti a rovnomerným rozdelením bunkových zložiek, vrátane genetickej informácie v jednom malom chromozóme.

Na rozdiel od mitózy táto forma delenia buniek nevyžaduje odlišné štádiá.

Unikátne peptidoglykány: Všetky bunkové steny rastlín a bakteriálne bunkové steny pozostávajú väčšinou z uhľohydrátových reťazcov.

Ale zatiaľ čo bunkové steny rastlín obsahujú celulózu, ktorú uvidíte v zložkách mnohých potravín, steny bakteriálnych buniek obsahujú látku tzv. peptidoglykán, ktoré nebudete.

Tento peptidoglykán, ktorý je nachádzajú sa iba u prokaryotov, sa dodáva v rôznych druhoch; dáva bunke ako celku svoj tvar a poskytuje bunke ochranu pred mechanickými nárazmi.

Peptidoglykány pozostávajú z chrbtovej kosti tzv glykán, z ktorej sa skladá sám kyselina murámová a glukozamín, ktoré obidve majú zase acetylové skupiny pripojené k svojim atómom dusíka. Zahŕňajú tiež peptidové reťazce aminokyselín, ktoré sú sieťované s inými, blízkymi peptidovými reťazcami.

Sila týchto „premosťovacích“ interakcií sa medzi rôznymi peptidoglykánmi, a teda medzi rôznymi baktériami, veľmi líši.

Táto vlastnosť, ako uvidíte, umožňuje klasifikáciu baktérií do rôznych typov podľa toho, ako ich bunkové steny reagujú na určitú chemikáliu.

Zosieťovania sa vytvárajú pôsobením enzýmu nazývaného a transpeptidáza, ktorá je cieľom skupiny antibiotík používaných na boj proti infekčným chorobám u ľudí a iných organizmov.

Zatiaľ čo všetky baktérie majú bunkovú stenu, jej zloženie sa mení od druhu k druhu v dôsledku rozdielov v obsahu peptidoglykánov, z ktorých sú bunkové steny čiastočne alebo väčšinou vyrobené.

Baktérie sa dajú rozdeliť na dva typy, ktoré sa nazývajú grampozitívne a gramnegatívne.

Tieto sú pomenované po biológovi Hans Christian Gram, priekopník v bunkovej biológii, ktorý v 80. rokoch 19. storočia vyvinul farbiacu techniku, výstižne nazvanú Gramova škvrna, ktorý spôsobil, že niektoré baktérie začali byť fialové alebo modré a iné zase červené alebo ružové.

Prvý typ baktérií bol známy ako grampozitívnea ich farbiace vlastnosti možno pripísať skutočnosti, že ich bunkové steny obsahujú veľmi vysoký podiel peptidoglykánu v pomere k celej stene.

Červené alebo ružovo zafarbené baktérie sú známe ako gramnegatívny, a ako asi tušíte, tieto baktérie majú steny, ktoré pozostávajú zo skromného až malého množstva peptidoglykánu.

V gramnegatívnych baktériách leží mimo bunkovej steny tenká membrána, ktorá tvorí obálka bunky.

Táto vrstva je podobná plazmatickej membráne bunky, ktorá leží na druhej strane bunkovej steny, bližšie k vnútornej časti bunky. V niektorých gramnegatívnych bunkách, ako napr E. coli, bunková membrána a jadrový obal skutočne na niektorých miestach prichádzajú do kontaktu a prenikajú cez peptidoglykán tenkej steny medzi nimi.

Táto jadrová obálka obsahuje navonok sa rozširujúce molekuly tzv lipopolysacharidy, alebo LPS. Z vnútra tejto membrány prechádzajú mureínové lipoproteíny, ktoré sú pripojené na vzdialenom konci k vonkajšej strane bunkovej steny.

Grampozitívne baktérie majú hrubú peptidoglykánovú bunkovú stenu hrubú asi 20 až 80 nm (nanometre alebo miliardtinu metra).

Príklady zahŕňajú stafylokoky, streptokoky, laktobacily a Bacil druhov.

Tieto baktérie sa farbia fialová alebo červená, ale zvyčajne fialová, s Gramovým sfarbením, pretože peptidoglykán si zachováva fialové farbivo nanesené na začiatku procedúry, keď sa prípravok neskôr premyje alkoholom.

Táto robustnejšia bunková stena ponúka grampozitívnym baktériám väčšiu ochranu pred väčšinou vonkajších urážok v porovnaní s gramnegatívnymi baktériami, hoci vysoký obsah peptidoglykánov z týchto organizmov robí z ich múrov niečo ako jednorozmernú pevnosť, čo zase o niečo uľahčuje stratégiu, ako ju zničiť.

•••Vedenie

Grampozitívne baktérie sú všeobecne citlivejšie na antibiotiká, ktoré sa zameriavajú na bunkovú stenu, ako sú gramnegatívne druhy, pretože sú vystavené prostrediu, na rozdiel od sedenia pod bunkou alebo v nej obálka.

Peptidoglykánové vrstvy grampozitívnych baktérií majú zvyčajne vysoký obsah tzv teichoové kyselinyalebo CK.

Jedná sa o uhľohydrátové reťazce, ktoré prechádzajú cez peptidoglykánovú vrstvu a niekedy ju aj prechádzajú.

Predpokladá sa, že TA stabilizuje peptidoglykán okolo neho jednoducho tým, že ho robí tuhším, ako pôsobením akýchkoľvek chemických vlastností.

TA je čiastočne zodpovedná za schopnosť viazať sa na niektoré grampozitívne baktérie, ako napríklad streptokokové druhy špecifické proteíny na povrchu hostiteľských buniek, čo uľahčuje ich schopnosť spôsobiť infekciu a v mnohých prípadoch choroba.

Ak sú baktérie alebo iné mikroorganizmy schopné spôsobiť infekčné choroby, sú označované ako patogénne.

Bunkové steny baktérií Rodina mykobaktérií, okrem toho, že obsahujú peptidoglykán a TA, majú vonkajšiu „voskovitú“ vrstvu vyrobenú z kyseliny mykolové. Tieto baktérie sú známe ako „kyselinovzdorný,„Pretože na preniknutie do tejto voskovitej vrstvy sú potrebné škvrny tohto typu, aby sa umožnilo užitočné mikroskopické vyšetrenie.

Gramnegatívne baktérie, rovnako ako ich grampozitívne náprotivky, majú bunkové steny peptidoglykánu.

Stena je však oveľa tenšia, hrubá iba asi 5 až 10 nm. Tieto steny nie sú zafarbené fialovou farbou podľa Gramovho farbiva, pretože ich menší obsah peptidoglykánov znamená stenu nedokáže zadržať veľa farbiva, keď sa prípravok umyje alkoholom, čo vedie k ružovej alebo červenkastej farbe v koniec.

Ako je uvedené vyššie, bunková stena nie je najvzdialenejšou z týchto baktérií, ale je zakrytá ďalšou plazmatickou membránou, bunkovým plášťom alebo vonkajšou membránou.

Táto vrstva má hrúbku asi 7,5 až 10 nm, ktorá konkuruje alebo presahuje hrúbku bunkovej steny.

U väčšiny gramnegatívnych baktérií je bunkový obal spojený s typom lipoproteínovej molekuly nazývanou Braunov lipoproteín, ktorý je zase spojený s peptidoglykánom bunkovej steny.

Gramnegatívne baktérie sú všeobecne menej náchylné na antibiotiká zamerané na bunkovú stenu, pretože nie sú vystavené prostrediu; stále má vonkajšiu membránu na ochranu.

V gramnegatívnych baktériách navyše gélovitá matrica zaberá územie vo vnútri bunkovej steny a mimo plazmatickej membrány, ktoré sa nazýva periplazmatický priestor.

Peptidoglykánová zložka bunkovej steny gramnegatívnych baktérií má hrúbku iba asi 4 nm.

V prípade, že by grampozitívna bakteriálna bunková stena mala viac peptidoglykánov, aby poskytla svoju substanciu, má gramnegatívna chyba vo svojej vonkajšej membráne ďalšie nástroje.

Každá molekula LPS je zložená z podjednotky lipidu A bohatej na mastné kyseliny, malého polysacharidu s jadrom a O-bočného reťazca z molekúl podobných cukru. Tento reťazec na strane O tvorí vonkajšiu stranu LPS.

Presné zloženie bočného reťazca sa líši medzi rôznymi bakteriálnymi druhmi.

Časti reťazca O-strany známe ako antigény je možné identifikovať pomocou laboratórnych testov špecifické patogénne bakteriálne kmene („kmeň“ je podtypom bakteriálneho druhu, napríklad plemena pes).

Archaea sú rozmanitejšie ako baktérie a takisto aj ich bunkové steny. Je pozoruhodné, že tieto steny neobsahujú peptidoglykán.

Spravidla obsahujú podobne nazývanú molekulu pseudopeptidoglykánalebo pseudomureín. V tejto látke je časť bežného peptidoglykánu nazývaného NAM nahradená inou podjednotkou.

Niektoré archaea môžu mať namiesto toho vrstvu glykoproteíny alebo polysacharidy že náhrada za bunkovú stenu namiesto pseudopeptidoglykánu. Nakoniec, rovnako ako u niektorých bakteriálnych druhov, aj v niekoľkých archaeách chýbajú bunkové steny úplne.

Archaea, ktoré obsahujú pseudomureín, sú necitlivý na antibiotiká triedy penicilínov pretože tieto lieky sú inhibítormi transpeptidázy, ktoré interferujú so syntézou peptidoglykánov.

V týchto archaeách nie sú syntetizované žiadne peptidoglykány, a teda nič, na čo by penicilíny pôsobili.

Bakteriálne bunky, ktorým chýbajú bunkové steny, môžu mať okrem diskutovaných aj ďalšie povrchové štruktúry buniek, ako napr glykokalyly (jednotné číslo je glykokalyx) a S-vrstvy.

Glykokalyx je obal molekúl podobných cukru, ktorý sa dodáva v dvoch hlavných typoch: kapsuly a slizové vrstvy. Kapsula je dobre organizovaná vrstva polysacharidov alebo proteínov. Slizová vrstva je menej pevne usporiadaná a je menej pevne pripevnená k bunkovej stene dole ako glykokalyx.

Vďaka tomu je glykokalyx odolnejší voči vymytiu, zatiaľ čo vrstva slizu sa dá ľahšie vytlačiť. Slizová vrstva môže byť zložená z polysacharidov, glykoproteínov alebo glykolipidov.

Tieto anatomické variácie majú veľký klinický význam.

Glykokalyly umožňujú bunkám priľnúť k určitým povrchom a napomáhajú tak pri tvorbe kolónií tzv biofilmy ktoré môžu tvoriť niekoľko vrstiev a chrániť jednotlivcov v skupine. Z tohto dôvodu väčšina baktérií vo voľnej prírode žije v biofilmoch vytvorených zo zmiešaných bakteriálnych spoločenstiev. Biofilmy bránia pôsobeniu antibiotík a dezinfekčných prostriedkov.

Všetky tieto atribúty prispievajú k ťažkostiam pri eliminácii alebo redukcii mikróbov a eradikácii infekcií.

V ľudských populáciách sú „vybrané“ bakteriálne kmene, ktoré sú vďaka náhodnej výhodnej mutácii prirodzene rezistentné na dané antibiotikum. pretože to sú chyby, ktoré po sebe zanechajú, keď sú zabité tie, ktoré sú citlivé na antibiotiká, a tieto „superbugy“ sa množia a naďalej spôsobujú choroba.

Do druhého desaťročia 21. storočia sa množia gramnegatívne baktérie odolný voči antibiotikám, čo vedie k zvýšenému počtu chorôb a úmrtiam na infekcie a k zvýšeniu zdravotnej starostlivosti náklady. Antibiotická rezistencia je archetypálnym príkladom prirodzenej časti časových mier pozorovateľných pre ľudí.

Príklady zahŕňajú:

• E. coli, ktorý spôsobuje infekcie močových ciest (UTI).
• Acinetobacter baumanii, čo spôsobuje problémy hlavne v zdravotníckych zariadeniach.
• Pseudomonas aeruginosa, ktorý spôsobuje infekcie krvi a zápal pľúc u hospitalizovaných pacientov a zápal pľúc u pacientov s dedičným ochorením cystická fibróza.
• Klebsiella pneumoniae, ktorá je zodpovedná za veľa infekcií v zdravotníckych zariadeniach, medzi ktoré patrí zápal pľúc, infekcie krvi a infekcie močových ciest.
• Neisseria gonorrhoeae, ktorá spôsobuje pohlavne prenosnú chorobu kvapavku, druhú najčastejšie hlásenú infekčnú chorobu v USA

Lekárski vedci pracujú na tom, aby držali krok s odolnými plošticami, čo zodpovedá mikrobiologickým pretekom v zbrojení.