Ali imajo prokarionti celične stene?

Prokarionti predstavljajo eno od dveh glavnih klasifikacij življenja. Drugi so evkarionti.

Prokarionte loči njihova nižja stopnja zahtevnosti. Vsi so mikroskopski, čeprav ne nujno enocelični. Razdeljeni so na domene arheje in bakterije, toda velika večina znanih vrst prokariotov je bakterij, ki so na Zemlji približno 3,5 milijarde let.

Prokariontske celice nimajo jeder ali z membrano vezanih organelov. 90 odstotkov bakterij pa jih ima celične stene, ki jih, razen rastlinskih celic in nekaterih glivičnih celic, pri evkariontskih celicah primanjkuje. Te celične stene tvorijo najbolj zunanjo plast bakterij in tvorijo del bakterijska kapsula.

Stabilizirajo in zaščitijo celico ter so ključnega pomena za bakterije, ki lahko okužijo gostiteljske celice, pa tudi za odziv bakterij na antibiotike.

Vse celice v naravi imajo veliko skupnih lastnosti. Ena od teh je prisotnost zunanjega celična membrana, ali plazemska membrana, ki tvori fizično mejo celice na vseh straneh. Druga je snov, znana kot citoplazmi najdemo v celični membrani.

Tretja je vključitev genskega materiala v obliki DNK, ali deoksiribonukleinska kislina. Četrta je prisotnost ribosomi, ki proizvajajo beljakovine. Vsaka živa celica uporablja ATP (adenozin trifosfat) za energijo.

Struktura prokariontov je preprosta. V teh celicah se DNK, namesto da bi bila zapakirana v jedro, zaprto znotraj jedrske membrane, nahaja bolj ohlapno zbrana v citoplazmi v obliki telesa, imenovanega nukleoid.

Običajno je v obliki krožnega kromosoma.

Najdemo ribosome prokariontske celice razpršene po celični plazmi, medtem ko jih v evkariontih najdemo v organelah, kot je Golgijev aparat in Endoplazemski retikulum. Naloga ribosomov je sinteza beljakovin.

Bakterije se razmnožujejo z binarno cepitvijo ali preprosto delitvijo na dva dela in enakomerno delitvijo celičnih komponent, vključno z genetskimi informacijami v posameznem majhnem kromosomu.

Za razliko od mitoze ta oblika delitve celic ne zahteva ločenih stopenj.

Edinstveni peptidoglikani: Vse rastlinske celične stene in bakterijske celične stene so večinoma iz ogljikovih hidratnih verig.

Toda medtem ko rastlinske celične stene vsebujejo celulozo, ki jo boste videli našteto v sestavinah številnih živil, pa stene bakterijskih celic vsebujejo snov, imenovano peptidoglikan, česar ne boste.

Ta peptidoglikan, ki je najdemo samo v prokariontih, je v različnih vrstah; daje celici kot celoti obliko in ji daje zaščito pred mehanskimi poškodbami.

Peptidoglikani so sestavljeni iz hrbtenice, imenovane glikan, ki je sama sestavljena iz muramična kislina in glukozamin, oba pa imata na dušikove atome acetilne skupine. Vključujejo tudi peptidne verige aminokislin, ki so zamrežene z drugimi bližnjimi peptidnimi verigami.

Moč teh "premostitvenih" interakcij se med različnimi peptidoglikani in s tem med različnimi bakterijami zelo razlikuje.

Kot boste videli, ta lastnost omogoča, da se bakterije razvrstijo v različne vrste glede na to, kako se njihove celične stene odzivajo na določeno kemikalijo.

Prečne povezave nastanejo z delovanjem encima, imenovanega a transpeptidazo, ki je tarča skupine antibiotikov, ki se uporabljajo za boj proti nalezljivim boleznim pri ljudeh in drugih organizmih.

Medtem ko imajo vse bakterije celično steno, se njena sestava spreminja od vrste do vrste zaradi razlik v vsebnosti peptidoglikana, iz katere so delno ali večinoma narejene celične stene.

Bakterije lahko ločimo na dve vrsti, imenovani gram-pozitivne in gram-negativne.

Ti so poimenovani po biologu Hans Christian Gram, pionir v celični biologiji, ki je v osemdesetih letih 20. stoletja razvil tehniko obarvanja, ki se je temu primerno imenoval Madež po Gramu, zaradi katerega so nekatere bakterije postale vijolične ali modre, druge pa rdeče ali rožnate.

Nekdanja vrsta bakterij je postala znana kot gram-pozitiven, njihove lastnosti obarvanja pa je mogoče pripisati dejstvu, da njihove celične stene vsebujejo zelo visok delež peptidoglikana glede na celotno steno.

Rdeče ali rožnate bakterije so znane kot gramnegativni, in kot ugibate, imajo te bakterije stene, ki so sestavljene iz skromnih do majhnih količin peptidoglikana.

Pri gram negativnih bakterijah tanka membrana leži zunaj celične stene in tvori celična ovojnica.

Ta plast je podobna plazemski membrani celice, ki leži na drugi strani celične stene, bližje notranjosti celice. V nekaterih gramnegativnih celicah, kot npr E. coli, celična membrana in jedrna ovojnica ponekod dejansko prideta v stik in prodreta med peptidoglikan tanke stene.

Ta jedrska ovojnica vsebuje molekule, ki se raztezajo navzven lipopolisaharidi, ali LPS. Iz notranjosti te membrane se raztezajo mureinski lipoproteini, ki so pritrjeni na skrajnem koncu na zunanjo stran celične stene.

Gram-pozitivne bakterije imajo debelo celično steno peptidoglikana, debelo približno 20 do 80 nm (nanometrov ali milijardo metrov).

Primeri vključujejo stafilokoki, streptokoki, laktobacili in Bacil vrste.

Te bakterije obarvajo vijolična ali rdeča, vendar ponavadi vijolično, z madežem po Gramu, saj peptidoglikan zadrži vijolično barvilo, naneseno zgodaj v postopku, ko pripravek kasneje speremo z alkoholom.

Ta močnejša celična stena ponuja gram-pozitivnim bakterijam večjo zaščito pred večino zunanjih žaljivk v primerjavi z gram-negativnimi bakterijami visoka vsebnost peptidoglikana teh organizmov naredi njihove stene enodimenzionalne trdnjave, zato je nekoliko lažja strategija, kako jo uničiti.

•••Učenje

Gram pozitivne bakterije so na splošno bolj dovzetne za antibiotike, ki ciljajo na celično steno, kot so gram negativne vrste, saj je izpostavljena okolju, namesto da bi sedela pod celico ali v njej ovojnico.

V plasteh peptidoglikana gram-pozitivnih bakterij je običajno veliko molekul, imenovanih teihojske kisline, ali TA.

To so ogljikohidratne verige, ki segajo skozi plast peptidoglikana in včasih mimo nje.

Verjame se, da TA stabilizira peptidoglikan okoli njega preprosto tako, da postane bolj tog, namesto da bi imel kakršne koli kemijske lastnosti.

TA je delno odgovoren za sposobnost nekaterih gram pozitivnih bakterij, kot so vrste streptokokov, da se vežejo na specifične beljakovine na površini gostiteljskih celic, kar olajša njihovo sposobnost povzročitve okužbe in v mnogih primerih bolezen.

Kadar so bakterije ali drugi mikroorganizmi sposobni povzročiti nalezljive bolezni, jih imenujemo patogeni.

Celične stene bakterij Družina mikobakterij, poleg tega, da vsebujejo peptidoglikan in TA, imajo zunanji "voščeni" sloj iz mikolinske kisline. Te bakterije so znane kot „kislo odporen,"Ker so tovrstni madeži potrebni, da prodrejo v to voščeno plast, da omogočijo koristne mikroskopske preiskave.

Gram negativne bakterije imajo tako kot njihovi gram pozitivni kolegi celične stene peptidoglikana.

Vendar je stena precej tanjša, debela le približno 5 do 10 nm. Te stene ne obarvajo vijolično z madežem po Gramu, ker njihova manjša vsebnost peptidoglikana pomeni steno ne more obdržati veliko barvila, ko pripravek peremo z alkoholom, kar ima za posledico rožnato ali rdečkasto barvo konec.

Kot smo že omenili, celična stena kasneje ni najbolj zunanja od teh bakterij, temveč jo pokriva druga plazemska membrana, celična ovojnica ali zunanja membrana.

Ta plast je debela približno 7,5 do 10 nm, enaka ali presega debelino celične stene.

Pri večini gram negativnih bakterij je celična ovojnica povezana z vrsto molekule lipoproteina, imenovano Braunov lipoprotein, ki pa je povezana s peptidoglikanom celične stene.

Gram negativne bakterije so na splošno manj dovzetne za antibiotike, ki ciljajo na celično steno, ker ta ni izpostavljena okolju; še vedno ima zunanjo membrano za zaščito.

Poleg tega pri gram negativnih bakterijah gelu podoben matriks zaseda ozemlje znotraj celične stene in zunaj plazemske membrane, imenovano periplazemski prostor.

Peptidoglikanska komponenta celične stene gramnegativnih bakterij je debela le približno 4 nm.

Tam, kjer bi gram-pozitivna bakterijska celična stena imela več peptidoglikanov, da bi dala snov v svoji steni, ima gram-negativna hrošč v zunanji membrani druga orodja.

Vsaka molekula LPS je sestavljena iz podenote Lipid A A, bogate z maščobnimi kislinami, majhnega jedra polisaharida in O-stranske verige iz molekul, podobnih sladkorju. Ta O-stranska veriga tvori zunanjo stran LPS.

Natančna sestava stranske verige se med različnimi vrstami bakterij razlikuje.

Dele verige na strani O, znane kot antigeni, je mogoče identificirati z laboratorijskimi testi specifični patogeni bakterijski sevi ("sev" je podtip vrste bakterij, kot je pasma pes).

Arheje so bolj raznolike kot bakterije in tudi njihove celične stene. Predvsem te stene ne vsebujejo peptidoglikana.

Namesto tega običajno vsebujejo podobno imenovano molekulo, imenovano psevdopeptidoglikan, ali psevdomurein. V tej snovi je del običajnega peptidoglikana, imenovan NAM, nadomeščen z drugo podenoto.

Nekatere arheje imajo lahko plast glikoproteini ali polisaharidi ki nadomešča celično steno namesto psevdopeptidoglikana. Končno, tako kot pri nekaterih bakterijskih vrstah tudi pri nekaterih arhejah manjka celičnih sten.

Arheje, ki vsebujejo psevdomurein, so neobčutljiv na antibiotike penicilinskega razreda ker so ta zdravila zaviralci transpeptidaze, ki vplivajo na sintezo peptidoglikana.

V teh arhejah ni sintetiziranih peptidoglikanov, zato penicilini ne delujejo ničesar.

Bakterijske celice, ki nimajo celičnih sten, imajo lahko poleg obravnavanih še dodatne celične površinske strukture, kot npr glikokalij (ednina je glikokaliks) in S-plasti.

Glikokaliks je plast sladkorju podobnih molekul, ki je na voljo v dveh glavnih vrstah: kapsule in sluzaste plasti. Kapsula je dobro organizirana plast polisaharidov ali beljakovin. Sluzna plast je manj tesno organizirana in je manj tesno pritrjena na celično steno spodaj kot glikokaliks.

Posledično je glikokaliks bolj odporen proti izpiranju, medtem ko je sluzno plast lažje premakniti. Sluzna plast je lahko sestavljena iz polisaharidov, glikoproteinov ali glikolipidov.

Te anatomske razlike so zelo klinično pomembne.

Glikokalice omogočajo, da se celice držijo določenih površin, kar pomaga pri tvorbi kolonij organizmov, imenovanih biofilmi ki lahko tvori več plasti in zaščiti posameznike v skupini. Iz tega razloga večina bakterij v naravi živi v biofilmih, nastalih iz mešanih bakterijskih združb. Biofilmi ovirajo delovanje antibiotikov in razkužil.

Vsi ti atributi prispevajo k težavam pri odstranjevanju ali zmanjševanju mikrobov in izkoreninjenju okužb.

V populaciji ljudi so "izbrani" bakterijski sevi, ki so naravno odporni na dani antibiotik zaradi možne ugodne mutacije ker so to napake, ki ostanejo, ko se uničijo antibiotično občutljivi, ti "superpaki" pa se množijo in še naprej povzročajo bolezen.

V drugem desetletju 21. stoletja so številne gram negativne bakterije postajale vse bolj odporen na antibiotike, kar vodi do povečanih bolezni in smrti zaradi okužb ter spodbuja zdravstveno varstvo stroškov. Odpornost na antibiotike je arhetipski primer naravnega odseka na časovnih lestvicah, ki jih lahko opazimo ljudje.

Primeri vključujejo:

• E. coli, ki povzroča okužbe sečil (UTI).
• Acinetobacter baumanii, ki povzroča težave predvsem v zdravstvenih ustanovah.
• Pseudomonas aeruginosa, ki povzroča okužbe krvi in ​​pljučnico pri hospitaliziranih bolnikih in pljučnico pri bolnikih z dedno boleznijo cistična fibroza.
• Klebsiella pneumoniae, ki je odgovoren za veliko okužb v zdravstvenih ustanovah, med njimi pljučnico, okužbe krvi in ​​UTI.
• Neisseria gonorrhoeae, ki povzroča spolno prenosljivo bolezen gonoreja, druga najpogostejša nalezljiva bolezen v ZDA

Medicinski raziskovalci si prizadevajo, da bi sledili odpornim hroščem, kar pomeni mikrobiološko dirko v orožju.