Да ли прокариоти имају ћелијске зидове?

Прокариоти представљају једну од две главне класификације живота. Остали су еукариоти.

Прокариоти су одвојени нижим нивоом сложености. Сви су микроскопски, мада не нужно и једноћелијски. Подељени су на домене археје и бактерије, али велика већина познатих врста прокариота су бактерије које су на Земљи око 3,5 милијарде година.

Прокариотске ћелије немају језгра ни органеле везане за мембрану. 90 посто бактерија, међутим, има зидови ћелија, које, осим биљних ћелија и неких гљивичних ћелија, недостају еукариотским ћелијама. Ови ћелијски зидови чине најудаљенији слој бактерија и чине део бактеријска капсула.

Они стабилизују и штите ћелију и витални су за бактерије које могу да заразе ћелије домаћина, као и за одговор бактерија на антибиотике.

Све ћелије у природи имају мноштво заједничких карактеристика. Једно од њих је присуство спољашњег ћелијске мембране, или Плазма мембране, који чини физичку границу ћелије са свих страна. Друга је супстанца позната као цитоплазме налази се унутар ћелијске мембране.

Треће је укључивање генетског материјала у облику ДНК, или дезоксирибонуклеинска киселина. Четврто је присуство рибозоми, који производе протеине. Свака жива ћелија користи АТП (аденозин трифосфат) за енергију.

Структура прокариота је једноставна. У тим ћелијама се ДНК, уместо да је запакована у језгро затворено нуклеарном мембраном, налази лабавије сакупљена у цитоплазми, у облику тела које се назива нуклеоидни.

То је обично у облику кружног хромозома.

Налазе се рибосоми прокариотске ћелије расути по ћелијској цитоплазми, док се код еукариота неки од њих налазе у органелама као што је Голџијев апарат и ендоплазматични ретикулум. Посао рибосома је синтеза протеина.

Бактерије се размножавају бинарном цепањом, или једноставно цепањем на два дела и поделом ћелијских компонената подједнако, укључујући генетске информације у једном малом хромозому.

За разлику од митозе, овај облик дељења ћелија не захтева различите фазе.

Јединствени пептидогликани: Сви зидови биљних ћелија и зидови бактеријских ћелија састоје се углавном од ланаца угљених хидрата.

Али док зидови биљних ћелија садрже целулозу, за коју ћете видети да је наведена у састојцима бројне хране, зидови бактеријских ћелија садрже супстанцу тзв. пептидогликан, што нећете.

Овај пептидогликан, који је налази се само код прокариота, долази у различитим типовима; даје ћелији у целини облик и пружа јој заштиту од механичких увреда.

Пептидогликани се састоје од окоснице тзв гликан, која се сама састоји од мурамска киселина и глукозамин, који заузврат имају ацетилне групе повезане са својим атомима азота. Такође укључују пептидне ланце аминокиселина који су умрежени са другим, оближњим пептидним ланцима.

Снага ових „премошћујућих“ интеракција увелико варира између различитих пептидогликана, а самим тим и између различитих бактерија.

Ова карактеристика, као што ћете видети, омогућава класификацију бактерија у различите типове на основу тога како њихови ћелијски зидови реагују на одређену хемикалију.

Попречне везе настају деловањем ензима названог а транспептидаза, која је мета класе антибиотика који се користе за борбу против заразних болести код људи и других организама.

Иако све бактерије имају ћелијски зид, његов састав се мења од врсте до врсте због разлика у садржају пептидогликана од којих су ћелијски зидови делимично или углавном направљени.

Бактерије се могу поделити у две врсте које се називају грам-позитивне и грам-негативне.

Они су названи по биологу Ханс Цхристиан Грам, пионир у ћелијској биологији који је 1880-их развио технику бојења, прикладно назван Грамова мрља, због чега су одређене бактерије постале љубичасте или плаве, а друге црвене или ружичасте.

Некадашња врста бактерија постала је позната као грам-позитиван, а њихова својства бојења могу се приписати чињеници да њихови ћелијски зидови садрже веома висок удео пептидогликана у односу на целину зида.

Црвене или ружичасте бактерије су познате као грам-негативан, и као што претпостављате, ове бактерије имају зидове који се састоје од умерених до малих количина пептидогликана.

У грам негативним бактеријама танка мембрана лежи изван ћелијског зида, формирајући коверта ћелије.

Овај слој је сличан плаземској мембрани ћелије која лежи на другој страни ћелијског зида, ближе унутрашњости ћелије. У неким грам-негативним ћелијама, као нпр Е. цоли, ћелијска мембрана и нуклеарна овојница на неким местима заправо долазе у контакт продирући кроз пептидогликан танког зида између.

Ова нуклеарна омотач садржи молекуле који се шире ка спољашњим тзв липополисахариди, или ЛПС. Из унутрашњости ове мембране простиру се муреин липопротеини који су на далеком крају причвршћени за спољну страну ћелијског зида.

Грам-позитивне бактерије имају дебео ћелијски зид пептидогликана, дебео око 20 до 80 нм (нанометара или једне милијардите деонице метра).

Примери укључују стафилококи, стрептококи, лактобацили и Бациллус врста.

Ове бактерије мрље љубичаста или црвена, али обично љубичасте боје, са Грамовом мрљом, јер пептидогликан задржава љубичасту боју нанесену рано у поступку када се препарат касније опере алкохолом.

Овај робуснији ћелијски зид нуди грам-позитивним бактеријама већу заштиту од већине спољних увреда у поређењу са грам-негативним бактеријама висок садржај пептидогликана ових организама своје зидове чини једнодимензионалном тврђавом, чинећи заузврат нешто лакшу стратегију како да је униште.

•••Научити

Грам-позитивне бактерије су углавном подложније антибиотицима који циљају ћелијски зид него што јесу грам негативне врсте, јер је изложена животној средини за разлику од седења испод или унутар ћелије коверта.

Слојеви пептидогликана грам-позитивних бактерија обично имају пуно молекула тзв теихоичне киселине, или ТАс.

То су ланци угљених хидрата који пролазе кроз слој пептидогликана, а понекад и преко њега.

Верује се да ТА стабилизује пептидогликан око себе једноставно чинећи га крутијим, уместо да врши било каква хемијска својства.

ТА је делимично одговоран за способност одређених грам-позитивних бактерија, попут стрептококних врста, да се вежу за специфични протеини на површини ћелија домаћина, што олакшава њихову способност да изазову инфекцију и то у многим случајевима болест.

Када су бактерије или други микроорганизми способни да изазову заразне болести, они се називају патогени.

Ћелијски зидови бактерија Породица микобактерија, поред тога што садрже пептидогликан и ТА, имају и спољни „воштани“ слој од миколинске киселине. Ове бактерије су познате као „киселински брз,”Јер су мрље ове врсте потребне да продру у овај воштани слој како би се омогућило корисно микроскопско испитивање.

Грам-негативне бактерије, попут њихових грам-позитивних колега, имају пептидогликанске ћелијске зидове.

Међутим, зид је много тањи, дебео само око 5 до 10 нм. Ови зидови не обојавају љубичасту боју по Граму јер њихов мањи садржај пептидогликана значи зид не може задржати пуно боје када се препарат опере алкохолом, што резултира ружичастом или црвенкастом бојом крај.

Као што је горе напоменуто, ћелијски зид касније није најудаљенији од ових бактерија, већ га покрива друга плазма мембрана, ћелијски омотач или спољна мембрана.

Дебљина овог слоја је око 7,5 до 10 нм, која надмашује или премашује дебљину ћелијског зида.

У већини грам-негативних бактерија, ћелијски омотач је повезан са врстом молекула липопротеина који се назива Браунов липопротеин, а који је заузврат повезан са пептидогликаном ћелијског зида.

Грам-негативне бактерије су генерално мање подложне антибиотицима који циљају ћелијски зид јер није изложен животној средини; још увек има спољну мембрану за заштиту.

Поред тога, код грам негативних бактерија, гел сличан матриксу заузима територију унутар ћелијског зида и изван плазматске мембране која се назива периплазматични простор.

Пептидогликанска компонента ћелијског зида грам негативних бактерија је дебела само око 4 нм.

Тамо где би грам-позитивни бактеријски ћелијски зид имао више пептидогликана да даје супстанцу свог зида, грам-негативна бубица у својој спољној мембрани има на располагању друге алате.

Сваки молекул ЛПС састоји се од подјединице Липида А богате масним киселинама, малог језгра полисахарида и ланца на О страни направљеног од молекула сличних шећеру. Овај О-бочни ланац чини спољну страну ЛПС-а.

Тачан састав бочног ланца варира између различитих врста бактерија.

Делови О-бочног ланца познати као антигени могу се идентификовати лабораторијским тестовима за идентификацију специфични патогени сојеви бактерија („сој“ је подтип бактеријске врсте, попут расе пас).

Арцхаеа су разноврснији од бактерија, па тако и њихови ћелијски зидови. Важно је да ови зидови не садрже пептидогликан.

Уместо тога, они обично садрже слично названи молекул тзв псеудопептидогликан, или псеудомуреин. У овој супстанци, део редовног пептидогликана назван НАМ замењен је другом подјединицом.

Неке археје уместо тога могу имати слој гликопротеини или полисахариди та замена за ћелијски зид уместо псеудопептидогликана. Коначно, као и код неких бактеријских врста, неколико археја уопште нема ћелијске зидове.

Археје које садрже псеудомуреин су неосетљив на антибиотике класе пеницилина јер су ови лекови инхибитори транспептидазе који делују на ометање синтезе пептидогликана.

У овим архејама се не синтетишу пептидогликани, а самим тим ни на шта пеницилини не могу деловати.

Бактеријске ћелије којима недостају ћелијски зидови могу имати додатне ћелијске површинске структуре поред оних о којима се расправљало, као што су гликокалице (једнина је гликокаликс) и С-слојеви.

Гликокаликс је омотач молекула сличних шећеру који постоји у две главне врсте: капсуле и слојеви слузи. Капсула је добро организован слој полисахарида или протеина. Слузни слој је мање чврсто организован и мање је чврсто причвршћен за ћелијски зид доле од гликокаликса.

Као резултат, гликокаликс је отпорнији на испирање, док се слој слузи може лакше преместити. Слузни слој може бити састављен од полисахарида, гликопротеина или гликолипида.

Ове анатомске варијације имају велики клинички значај.

Гликокалице омогућавају ћелијама да се лепе за одређене површине, помажући у стварању колонија тзв биофилмови који могу формирати неколико слојева и заштитити појединце у групи. Из тог разлога, већина бактерија у дивљини живи у биофилмовима формираним од мешовитих бактеријских заједница. Биофилми ометају деловање антибиотика као и дезинфицијенса.

Сви ови атрибути доприносе потешкоћама у уклањању или смањењу микроба и искорењивању инфекција.

Сојеви бактерија који су природно отпорни на дати антибиотик захваљујући случајно повољној мутацији су „одабрани“ у људској популацији јер су то грешке које остају када се убију антибиотици осетљиви, а ове "супербабе" се множе и настављају да изазивају болест.

До друге деценије 21. века, разне грам-негативне бактерије постају све више отпоран на антибиотике, што доводи до повећаних болести и смрти од инфекција и подстиче здравствену заштиту трошкови. Отпорност на антибиотике је архетипски пример природног пресека на временским скалама уочљивим људима.

Примери укључују:

• Е. цоли, што узрокује инфекције уринарног тракта (УТИ).
• Ацинетобацтер баумании, што узрокује проблеме углавном у здравственим установама.
• Псеудомонас аеругиноса, што узрокује инфекције крви и упалу плућа код хоспитализованих пацијената и упале плућа код пацијената са наследном болешћу цистична фиброза.
• Клебсиелла пнеумониае, који је одговоран за пуно инфекција у установама повезаним са здравственом заштитом, укључујући пнеумонију, инфекције крви и УТИ.
• Неиссериа гоноррхоеае, која узрокује полно преносиву болест гонореју, другу најчешће забележену заразну болест у САД

Медицински истраживачи раде на томе да држе корак са отпорним бубама које представљају микробиолошку трку у наоружању.