Prokaryotes มีผนังเซลล์หรือไม่?

โปรคาริโอต เป็นตัวแทนของการจำแนกประเภทที่สำคัญสองประการของชีวิต อื่นๆ คือ ยูคาริโอต.

โปรคาริโอตถูกแยกออกจากกันโดยระดับความซับซ้อนที่ต่ำกว่า พวกเขาทั้งหมดเป็นกล้องจุลทรรศน์แม้ว่าจะไม่จำเป็นต้องเป็นเซลล์เดียว แบ่งออกเป็นโดเมน อาร์เคีย และ แบคทีเรีย, แต่สายพันธุ์โปรคาริโอตที่รู้จักส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรีย ซึ่งอยู่บนโลกมาประมาณ 3.5 พันล้านปี

เซลล์โปรคาริโอตไม่มีนิวเคลียสหรือออร์แกเนลล์ที่จับกับเมมเบรน อย่างไรก็ตาม 90 เปอร์เซ็นต์ของแบคทีเรียมี ผนังเซลล์ซึ่งยกเว้นเซลล์พืชและเซลล์เชื้อราบางชนิด เซลล์ยูคาริโอตยังขาดอยู่ ผนังเซลล์เหล่านี้ก่อตัวเป็นชั้นนอกสุดของแบคทีเรียและประกอบขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของ part แคปซูลแบคทีเรีย.

พวกมันทำให้เสถียรและปกป้องเซลล์ และมีความสำคัญต่อแบคทีเรียที่สามารถแพร่เชื้อไปยังเซลล์เจ้าบ้านได้ เช่นเดียวกับการตอบสนองของแบคทีเรียต่อยาปฏิชีวนะ

เซลล์ทั้งหมดในธรรมชาติมีคุณสมบัติหลายอย่างที่เหมือนกัน หนึ่งในนั้นคือการปรากฏตัวของภายนอก เยื่อหุ้มเซลล์, หรือ เมมเบรนพลาสม่าซึ่งสร้างขอบเขตทางกายภาพของเซลล์ทุกด้าน อีกประการหนึ่งคือสารที่เรียกว่า ไซโตพลาสซึม ที่พบในเยื่อหุ้มเซลล์

ประการที่สามคือการรวมสารพันธุกรรมในรูปของ ดีเอ็นเอ, หรือ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก. ประการที่สี่คือการมีอยู่ของ ไรโบโซมซึ่งผลิตโปรตีน ทุกเซลล์ที่มีชีวิตใช้ ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) เป็นพลังงาน

โครงสร้างของโปรคาริโอตนั้นเรียบง่าย ในเซลล์เหล่านี้ แทนที่จะถูกบรรจุอยู่ภายในนิวเคลียสที่ห่อหุ้มอยู่ภายในเยื่อหุ้มนิวเคลียส จะพบว่ารวมตัวกันอย่างหลวมๆ ในไซโตพลาสซึม ในรูปแบบของร่างกายที่เรียกว่า นิวเคลียส.

ซึ่งปกติจะอยู่ในรูปของโครโมโซมทรงกลม

ไรโบโซมของเซลล์โปรคาริโอตพบกระจัดกระจายไปทั่วไซโทพลาสซึมของเซลล์ ในขณะที่ยูคาริโอตบางชนิดจะพบในออร์แกเนลล์เช่น เครื่องมือกอลจิ และ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม. งานของไรโบโซมคือการสังเคราะห์โปรตีน

แบคทีเรียสืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์แบบไบนารี หรือเพียงแค่แยกออกเป็นสองส่วนแล้วแบ่งส่วนประกอบของเซลล์เท่าๆ กัน รวมถึงข้อมูลทางพันธุกรรมในโครโมโซมขนาดเล็กตัวเดียว

การแบ่งเซลล์รูปแบบนี้ไม่เหมือนกับการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส

Peptidoglycans ที่ไม่เหมือนใคร: ผนังเซลล์พืชและผนังเซลล์แบคทีเรียทั้งหมดประกอบด้วยกลุ่มคาร์โบไฮเดรตเป็นส่วนใหญ่

แต่ในขณะที่ผนังเซลล์พืชมีเซลลูโลส ซึ่งคุณจะเห็นอยู่ในส่วนผสมของอาหารหลายชนิด ผนังเซลล์แบคทีเรียมีสารที่เรียกว่า peptidoglycanซึ่งคุณจะไม่

peptidoglycan ซึ่งก็คือ which พบเฉพาะในโปรคาริโอตมาในประเภทต่างๆ มันทำให้เซลล์โดยรวมมีรูปร่างและให้การปกป้องเซลล์จากการดูถูกทางกล

Peptidoglycans ประกอบด้วยกระดูกสันหลังที่เรียกว่า ไกลแคนซึ่งประกอบด้วย กรดมูรามิค และ กลูโคซามีนซึ่งทั้งสองกลุ่มจะมีกลุ่มอะซิติลติดอยู่กับอะตอมไนโตรเจนของพวกมัน พวกเขายังรวมถึงสายเปปไทด์ของกรดอะมิโนที่เชื่อมขวางกับสายเปปไทด์อื่นที่อยู่ใกล้เคียง

ความแรงของปฏิกิริยา "เชื่อมโยง" เหล่านี้แตกต่างกันอย่างมากระหว่างเปปติโดไกลแคนที่ต่างกันและดังนั้นระหว่างแบคทีเรียที่แตกต่างกัน

อย่างที่คุณเห็น คุณลักษณะนี้ทำให้แบคทีเรียสามารถจำแนกได้เป็นประเภทต่าง ๆ ตามวิธีที่ผนังเซลล์ของพวกมันทำปฏิกิริยากับสารเคมีบางชนิด

การเชื่อมโยงข้ามเกิดขึ้นจากการกระทำของเอนไซม์ที่เรียกว่าa ทรานสเปปติเดสซึ่งเป็นเป้าหมายของกลุ่มยาปฏิชีวนะที่ใช้ต่อสู้กับโรคติดเชื้อในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

แม้ว่าแบคทีเรียทั้งหมดจะมีผนังเซลล์ แต่องค์ประกอบของมันก็เปลี่ยนจากสปีชีส์เป็นสปีชีส์เนื่องจากความแตกต่างของเนื้อหาเปปติโดกลีแคนซึ่งผนังเซลล์สร้างขึ้นบางส่วนหรือส่วนใหญ่

แบคทีเรียสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทเรียกว่าแกรมบวกและแกรมลบ

พวกนี้ตั้งชื่อตามนักชีววิทยา ฮันส์ คริสเตียน แกรมผู้บุกเบิกด้านชีววิทยาของเซลล์ที่พัฒนาเทคนิคการย้อมสีในยุค 1880 เรียกว่า คราบแกรมซึ่งทำให้แบคทีเรียบางชนิดกลายเป็นสีม่วงหรือสีน้ำเงินและบางชนิดกลายเป็นสีแดงหรือสีชมพู

แบคทีเรียชนิดเดิมเรียกว่า แกรมบวกและคุณสมบัติการย้อมสีนั้นมาจากความจริงที่ว่าผนังเซลล์ของพวกมันมีเพปติโดไกลแคนในสัดส่วนที่สูงมากเมื่อเทียบกับความสมบูรณ์ของผนัง

แบคทีเรียที่ย้อมสีแดงหรือสีชมพูเรียกว่า แกรมลบและอย่างที่คุณอาจเดาได้ แบคทีเรียเหล่านี้มีผนังที่ประกอบด้วยเปปติโดไกลแคนในปริมาณเล็กน้อยถึงเล็กน้อย

ในแบคทีเรียแกรมลบ เมมเบรนบางๆ จะอยู่นอกผนังเซลล์ ก่อตัวเป็น ซองเซลล์.

ชั้นนี้คล้ายกับพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ที่อยู่อีกด้านหนึ่งของผนังเซลล์ ใกล้กับภายในของเซลล์ ในเซลล์แกรมลบบางชนิด เช่น อี โคไลเยื่อหุ้มเซลล์และเปลือกนิวเคลียสได้สัมผัสกันจริง ๆ ในบางสถานที่ โดยจะแทรกซึมเข้าไปในผนังบาง ๆ

เปลือกนิวเคลียร์นี้ประกอบด้วยโมเลกุลที่อยู่ด้านนอกที่เรียกว่า ไลโปโพลีแซคคาไรด์, หรือ LPS. ที่ยื่นออกมาจากด้านในของเมมเบรนนี้คือมิวรินไลโปโปรตีนที่ติดอยู่ที่ปลายสุดถึงด้านนอกของผนังเซลล์

แบคทีเรียแกรมบวกมีผนังเซลล์ peptidoglycan ที่หนา ซึ่งมีความหนาประมาณ 20 ถึง 80 นาโนเมตร (นาโนเมตรหรือหนึ่งในพันล้านของเมตร)

ตัวอย่าง ได้แก่ สแตไฟโลคอคซี, สเตรปโทคอกคัส, แลคโตบาซิลลัส และ บาซิลลัส สายพันธุ์

คราบแบคทีเรียเหล่านี้ สีม่วงหรือสีแดงแต่โดยทั่วไปแล้วจะเป็นสีม่วง โดยมีคราบแกรม เนื่องจากเปปติโดไกลแคนจะคงสีย้อมไวโอเล็ตไว้ในช่วงแรกๆ ของขั้นตอน เมื่อล้างการเตรียมด้วยแอลกอฮอล์ในภายหลัง

ผนังเซลล์ที่แข็งแรงกว่านี้ทำให้แบคทีเรียแกรมบวกได้รับการปกป้องจากการดูถูกภายนอกมากที่สุด เมื่อเทียบกับแบคทีเรียแกรมลบ แม้ว่า เนื้อหา peptidoglycan สูง ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ทำให้ผนังของพวกมันเป็นเหมือนป้อมปราการมิติเดียว ทำให้มีกลยุทธ์ที่ค่อนข้างง่ายในการทำลายมัน

•••วิทยาศาสตร์

แบคทีเรียแกรมบวกมักจะไวต่อยาปฏิชีวนะที่กำหนดเป้าหมายที่ผนังเซลล์มากกว่าที่เป็นอยู่ แกรมลบเนื่องจากสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมเมื่อเทียบกับการนั่งใต้หรือภายในเซลล์ ซองจดหมาย

ชั้น peptidoglycan ของแบคทีเรียแกรมบวกมักมีโมเลกุลสูงเรียกว่า กรดเตโชอิก, หรือ TAs.

เหล่านี้เป็นโซ่คาร์โบไฮเดรตที่ผ่านและบางครั้งผ่านชั้นเปปติโดไกลแคน

เชื่อกันว่า TA สามารถทำให้เพปทิโดไกลแคนรอบๆ เสถียรได้ด้วยการทำให้แข็งขึ้น แทนที่จะใช้คุณสมบัติทางเคมีใดๆ

TA มีส่วนรับผิดชอบต่อความสามารถของแบคทีเรียแกรมบวกบางชนิด เช่น สปีชีส์สเตรปโทคอกคัส ในการจับ โปรตีนจำเพาะบนผิวเซลล์เจ้าบ้าน ซึ่งเอื้อต่อความสามารถในการทำให้เกิดการติดเชื้อ และในหลายกรณี โรค.

เมื่อแบคทีเรียหรือจุลินทรีย์อื่น ๆ สามารถก่อให้เกิดโรคติดต่อได้ เรียกว่า ก่อโรค.

ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ตระกูลมัยโคแบคทีเรียนอกจากจะมี peptidoglycan และ TA แล้ว ยังมีชั้น “waxy” ภายนอกที่ประกอบด้วย กรดมัยโคลิก. แบคทีเรียเหล่านี้เรียกว่า “กรดอย่างรวดเร็ว,” เพราะคราบประเภทนี้จำเป็นต้องเจาะชั้นข้าวเหนียวนี้เพื่อให้การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์มีประโยชน์

แบคทีเรียแกรมลบ เช่นเดียวกับแบคทีเรียแกรมบวก มีผนังเซลล์เปปติโดไกลแคน

อย่างไรก็ตาม ผนังบางกว่ามาก โดยมีความหนาเพียง 5 ถึง 10 นาโนเมตรเท่านั้น ผนังเหล่านี้ไม่ย้อมสีม่วงด้วยคราบแกรม เพราะสารเปปติโดไกลแคนที่มีขนาดเล็กกว่าหมายถึงผนัง ไม่สามารถเก็บสีย้อมไว้ได้มากเมื่อล้างสารเตรียมด้วยแอลกอฮอล์ทำให้เป็นสีชมพูหรือสีแดงใน in จบ.

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ผนังเซลล์ไม่ใช่ส่วนนอกสุดของแบคทีเรียเหล่านี้ แต่ถูกปกคลุมด้วยพลาสมาเมมเบรนอื่น เยื่อหุ้มเซลล์ หรือเยื่อหุ้มชั้นนอกแทน

ชั้นนี้มีความหนาประมาณ 7.5 ถึง 10 นาโนเมตร ซึ่งเทียบได้กับความหนาของผนังเซลล์

ในแบคทีเรียแกรมลบส่วนใหญ่ เปลือกเซลล์เชื่อมโยงกับโมเลกุลไลโปโปรตีนชนิดหนึ่งที่เรียกว่าไลโปโปรตีนของเบราน์ ซึ่งในทางกลับกันจะเชื่อมโยงกับเปปติโดไกลแคนของผนังเซลล์

แบคทีเรียแกรมลบมักมีความไวต่อยาปฏิชีวนะที่กำหนดเป้าหมายไปที่ผนังเซลล์น้อยกว่าเนื่องจากไม่ได้สัมผัสกับสิ่งแวดล้อม มันยังมีเยื่อหุ้มชั้นนอกสำหรับการป้องกัน

นอกจากนี้ ในแบคทีเรียแกรมลบ เมทริกซ์คล้ายเจลยังครอบคลุมอาณาเขตภายในผนังเซลล์และนอกเยื่อหุ้มพลาสมาที่เรียกว่าปริภูมิเพอริพลาสมิก

ส่วนประกอบของ peptidoglycan ของผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบมีความหนาเพียง 4 นาโนเมตรเท่านั้น

ในกรณีที่ผนังเซลล์แบคทีเรียแกรมบวกจะมี peptidoglycans มากขึ้นเพื่อให้สารที่ผนังเซลล์ แมลงที่เป็นแกรมลบมีเครื่องมืออื่นๆ อยู่ในเยื่อหุ้มชั้นนอก

โมเลกุล LPS แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยหน่วยย่อย Lipid A ที่อุดมด้วยกรดไขมัน โพลีแซ็กคาไรด์แกนเล็กๆ และสาย O-side ที่ทำจากโมเลกุลคล้ายน้ำตาล โซ่ด้าน O นี้ก่อรูปภายนอกของ LPS

องค์ประกอบที่แน่นอนของสายโซ่ข้างนั้นแตกต่างกันไปตามชนิดของแบคทีเรีย

ส่วนของสาย O-side ที่เรียกว่าแอนติเจนสามารถระบุได้โดยการทดสอบในห้องปฏิบัติการเพื่อระบุ แบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคเฉพาะ ("สายพันธุ์" เป็นชนิดย่อยของสายพันธุ์แบคทีเรีย เช่น สายพันธุ์ของ หมา).

อาร์เคีย มีความหลากหลายมากกว่าแบคทีเรียและผนังเซลล์ของพวกมันก็เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผนังเหล่านี้ไม่มีสารเปปติโดไกลแคน

ค่อนข้างจะประกอบด้วยโมเลกุลที่เรียกว่าคล้ายกันที่เรียกว่า ซูโดเปปติโดไกลแคน, หรือ เทียม. ในสารนี้ ส่วนหนึ่งของ peptidoglycan ปกติที่เรียกว่า NAM จะถูกแทนที่ด้วยหน่วยย่อยอื่น

โบราณสถานบางแห่งอาจมีชั้นของ ไกลโคโปรตีน หรือ พอลิแซ็กคาไรด์ ที่ทดแทนผนังเซลล์แทนยาซูโดเปปติโดไกลแคน ในที่สุด เช่นเดียวกับแบคทีเรียบางชนิด อาร์เคียสองสามตัวไม่มีผนังเซลล์โดยสิ้นเชิง

อาร์เคียที่มี pseudomurein are ไม่ไวต่อยาปฏิชีวนะในกลุ่มเพนิซิลลิน เพราะยาเหล่านี้เป็นตัวยับยั้งทรานส์เปปติเดสที่ขัดขวางการสังเคราะห์เปปติโดไกลแคน

ในอาร์เคียเหล่านี้ไม่มี peptidoglycans ที่ถูกสังเคราะห์ดังนั้นจึงไม่มีอะไรให้ penicillins ดำเนินการ

เซลล์แบคทีเรียที่ไม่มีผนังเซลล์อาจมีโครงสร้างผิวเซลล์เพิ่มเติมนอกเหนือจากที่กล่าวถึง เช่น ไกลโคคาไลซิส (เอกพจน์ is glycocalyx) และชั้น S

glycocalyx เป็นชั้นของโมเลกุลคล้ายน้ำตาลที่มาในสองประเภทหลัก: แคปซูล และ ชั้นเมือก. แคปซูลเป็นชั้นโพลีแซ็กคาไรด์หรือโปรตีนที่มีการจัดระเบียบอย่างดี ชั้นของเมือกจะถูกจัดเรียงอย่างแน่นหนาน้อยกว่า และติดกับผนังเซลล์ที่อยู่ด้านล่างน้อยกว่า glycocalyx

ผลที่ได้คือไกลโคคาลิกซ์สามารถต้านทานการชะล้างออกไปได้ดีกว่า ในขณะที่ชั้นเมือกสามารถเคลื่อนตัวได้ง่ายกว่า ชั้นเมือกอาจประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ ไกลโคโปรตีนหรือไกลโคลิปิด

ความผันแปรทางกายวิภาคเหล่านี้ทำให้ตัวเองมีนัยสำคัญทางคลินิกอย่างมาก

Glycocalyces ช่วยให้เซลล์สามารถเกาะติดกับพื้นผิวบางอย่าง ช่วยในการสร้างอาณานิคมของสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่า ไบโอฟิล์ม ที่สามารถก่อตัวได้หลายชั้นและปกป้องบุคคลในกลุ่ม ด้วยเหตุนี้ แบคทีเรียส่วนใหญ่ในป่าจึงอาศัยอยู่ในแผ่นชีวะที่เกิดจากชุมชนแบคทีเรียผสม ไบโอฟิล์มขัดขวางการทำงานของยาปฏิชีวนะและสารฆ่าเชื้อ

คุณลักษณะทั้งหมดเหล่านี้มีส่วนทำให้เกิดความยากลำบากในการกำจัดหรือลดจุลินทรีย์และกำจัดการติดเชื้อ

สายพันธุ์แบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะโดยธรรมชาติเนื่องมาจากการกลายพันธุ์ที่ได้เปรียบซึ่งมีโอกาสถูก "เลือก" ในประชากรมนุษย์ เพราะสิ่งเหล่านี้คือแมลงที่ทิ้งไว้เบื้องหลังเมื่อตัวที่ไวต่อยาปฏิชีวนะถูกกำจัดออกไป และ "ซุปเปอร์บั๊ก" เหล่านี้ก็ทวีคูณและทำให้เกิดขึ้นต่อไป โรค.

ในช่วงทศวรรษที่สองของศตวรรษที่ 21 แบคทีเรียแกรมลบจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ดื้อยาปฏิชีวนะ ส่งผลให้เจ็บป่วยและเสียชีวิตจากการติดเชื้อเพิ่มขึ้น และยกระดับการดูแลสุขภาพ ค่าใช้จ่าย การดื้อยาปฏิชีวนะเป็นตัวอย่างตามแบบฉบับของส่วนที่เป็นธรรมชาติในช่วงเวลาที่มนุษย์สามารถสังเกตได้

ตัวอย่าง ได้แก่

• อี โคไลซึ่งเป็นสาเหตุของการติดเชื้อทางเดินปัสสาวะ (UTIs)
• Acinetobacter baumaniiซึ่งทำให้เกิดปัญหาในสถานพยาบาลเป็นหลัก
• Pseudomonas aeruginosaซึ่งทำให้เกิดการติดเชื้อในเลือดและปอดบวมในผู้ป่วยที่รักษาในโรงพยาบาลและโรคปอดบวมในผู้ป่วยโรคซิสติกไฟโบรซิสที่สืบทอดมา
• Klebsiella pneumoniaeซึ่งเป็นสาเหตุของการติดเชื้อจำนวนมากในสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการดูแลสุขภาพ ได้แก่ โรคปอดบวม การติดเชื้อในเลือด และโรคติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ
• Neisseria gonorrhoeaeซึ่งเป็นสาเหตุของโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ โรคหนองใน เป็นโรคติดเชื้อที่รายงานบ่อยเป็นอันดับสองในสหรัฐอเมริกา

นักวิจัยทางการแพทย์กำลังทำงานเพื่อให้ทันกับแมลงที่ดื้อยาในปริมาณที่เท่ากับการแข่งขันทางจุลชีววิทยา