Чи є у прокаріотів клітинні стінки?

Прокаріоти представляють одну з двох основних класифікацій життя. Інші є еукаріоти.

Прокаріоти відрізняються нижчим рівнем складності. Всі вони мікроскопічні, хоча і не обов’язково одноклітинні. Вони розділені на домени археї і бактерії, але переважна більшість відомих видів прокаріотів є бактеріями, які перебувають на Землі близько 3,5 мільярда років.

Клітини прокаріотів не мають ядер або зв’язаних мембраною органел. Однак 90 відсотків бактерій мають клітинні стінки, яких, за винятком рослинних та деяких грибкових клітин, не вистачає еукаріотичним клітинам. Ці клітинні стінки утворюють самий зовнішній шар бактерій і складають частину бактеріальна капсула.

Вони стабілізують і захищають клітину і життєво важливі для того, щоб бактерії могли заражати клітини господаря, а також для реакції бактерій на антибіотики.

Всі клітини в природі мають багато спільних рис. Одним з них є наявність зовнішнього клітинна мембрана, або плазматична мембрана, який утворює фізичну межу клітини з усіх боків. Інша речовина, відома як цитоплазма виявляється в клітинній мембрані

Третім є включення генетичного матеріалу у форму ДНК, або дезоксирибонуклеїнова кислота. Четверте - наявність рибосоми, які виробляють білки. Кожна жива клітина використовує АТФ (аденозинтрифосфат) для отримання енергії.

Будова прокаріотів просте. У цих клітинах ДНК замість того, щоб бути упакованою в ядро, укладене в ядерну мембрану, виявляється більш вільно зібраною в цитоплазмі у вигляді тіла, яке називається нуклеоїд.

Зазвичай це у формі кругової хромосоми.

Рибосоми прокаріотичної клітини виявляються розкиданими по всій клітинній цитоплазмі, тоді як у еукаріотів частина з них знаходиться в органелах, таких як Апарат Гольджі та ендоплазматичний ретикулум. Завданням рибосом є синтез білка.

Бактерії розмножуються шляхом бінарного поділу або просто розщеплюючись навпіл і поділяючи клітинні компоненти порівну, включаючи генетичну інформацію в єдиній невеликій хромосомі.

На відміну від мітозу, ця форма поділу клітин не вимагає чітких стадій.

Унікальні пептидоглікани: Усі клітинні стінки рослин і стінки бактеріальних клітин складаються здебільшого з вуглеводних ланцюгів.

Але хоча стінки клітин рослин містять целюлозу, яку ви побачите, перераховану в інгредієнтах численних продуктів харчування, стінки бактеріальних клітин містять речовину, яка називається пептидоглікан, чого у вас не буде.

Це пептидоглікан, який є зустрічається лише у прокаріотів, буває різних типів; це надає клітині в цілому форму і забезпечує захист клітини від механічних образів.

Пептидоглікани складаються з хребта, який називається глікан, який сам складається мурамічна кислота і глюкозамін, обидва в свою чергу мають ацетильні групи, приєднані до атомів азоту. Вони також включають пептидні ланцюги амінокислот, які зшиті з іншими сусідніми пептидними ланцюгами.

Сила цих "мостикових" взаємодій сильно варіюється між різними пептидогліканами і, отже, між різними бактеріями.

Як ви побачите, ця характеристика дозволяє класифікувати бактерії за різними типами на основі реакції їх клітинних стінок на певну хімічну речовину.

Поперечні зв’язки утворюються під дією ферменту, який називається а транспептидаза, який є цільовим класом антибіотиків, що використовуються для боротьби з інфекційними захворюваннями у людей та інших організмів.

Незважаючи на те, що всі бактерії мають клітинну стінку, її склад змінюється від виду до виду внаслідок відмінностей у вмісті пептидогліканів, частково або здебільшого створені клітинні стінки.

Бактерії можна розділити на два типи, які називаються грампозитивними та грамнегативними.

Вони названі на честь біолога Ганс Крістіан Грам, піонер у клітинній біології, який розробив техніку фарбування у 1880-х роках, влучно названу Пляма по Граму, що призвело до того, що деякі бактерії стали фіолетовими або синіми, а інші - червоними чи рожевими.

Колишній тип бактерій став відомий як грампозитивні, а їх властивості фарбування пояснюються тим, що їх клітинні стінки містять дуже високу частку пептидоглікану по відношенню до всієї стінки.

Червоні або рожево-забарвлюючі бактерії відомі як грамнегативні, і як ви можете здогадатися, ці бактерії мають стінки, що складаються зі скромних до невеликих кількостей пептидоглікану.

У грамнегативних бактерій тонка оболонка лежить поза клітинної стінки, утворюючи клітинний конверт.

Цей шар схожий на плазматичну мембрану клітини, яка лежить по інший бік клітинної стінки, ближче до внутрішньої частини клітини. У деяких грамнегативних клітинах, таких як E. coli, клітинна мембрана і ядерна оболонка фактично стикаються в деяких місцях, проникаючи в пептидоглікан тонкої стінки між ними.

Ця ядерна оболонка містить молекули, що простягаються назовні ліпополісахариди, або LPS. Від внутрішньої сторони цієї мембрани простягаються муреїнові ліпопротеїни, які прикріплені в дальньому кінці до зовнішньої сторони клітинної стінки.

Грампозитивні бактерії мають товсту клітинну стінку пептидоглікану, товщиною приблизно від 20 до 80 нм (нанометрів або однієї мільярдної частки метра).

Приклади включають стафілококи, стрептококи, лактобактерії і Паличка видів.

Ці бактерії фарбуються фіолетовий або червоний, але, як правило, фіолетовий, з плямою Грама, оскільки пептидоглікан зберігає фіолетовий барвник, нанесений на початку процедури, коли препарат згодом промивають спиртом.

Ця більш міцна клітинна стінка пропонує грампозитивним бактеріям більший захист від більшості зовнішніх образ в порівнянні з грамнегативними бактеріями, хоча і високий вміст пептидоглікану цих організмів робить їх стіни чимось на зразок одновимірної фортеці, роблячи в свою чергу дещо простішу стратегію щодо того, як її зруйнувати.

•••Наукове

Грампозитивні бактерії, як правило, більш сприйнятливі до антибіотиків, які націлені на клітинну стінку, ніж вони грамнегативні види, оскільки вони піддаються впливу навколишнього середовища на відміну від того, що вони сидять під клітиною або всередині неї конверт.

Пептидогліканові шари грампозитивних бактерій, як правило, містять багато молекул тейхоєві кислоти, або ТА.

Це вуглеводні ланцюги, які проникають через пептидоглікановий шар, а іноді і повз нього.

Вважається, що ТА стабілізує пептидоглікан навколо нього, просто роблячи його більш жорстким, а не надаючи ніяких хімічних властивостей.

ТА частково відповідає за здатність певних грампозитивних бактерій, таких як стрептококові види, зв'язуватися з специфічні білки на поверхні клітин-господарів, що полегшує їх здатність спричиняти інфекцію та у багатьох випадках захворювання.

Коли бактерії або інші мікроорганізми здатні викликати інфекційні захворювання, їх називають патогенні.

Клітинні стінки бактерій Сімейство мікобактерій, крім того, що містять пептидоглікан і ТА, мають зовнішній «воскоподібний» шар із міколевої кислоти. Ці бактерії відомі як “кислотостійкий,”, Оскільки для проникнення цього воскоподібного шару потрібні плями цього типу, щоб забезпечити корисне мікроскопічне дослідження.

Грамнегативні бактерії, як і їхні грампозитивні аналоги, мають клітинні стінки пептидоглікану.

Однак стінка набагато тонша, товщиною лише близько 5-10 нм. Ці стінки не забарвлюються у фіолетовий колір за допомогою плями Грама, оскільки менший вміст пептидоглікану означає стінку не може утримувати велику кількість барвника, коли препарат промивається спиртом, що призводить до появи рожевого або червонуватого кольору кінець.

Як зазначалося вище, клітинна стінка не є найвіддаленішою пізніше від цих бактерій, а натомість її покриває інша плазматична мембрана, клітинна оболонка або зовнішня мембрана.

Цей шар має товщину приблизно від 7,5 до 10 нм, що дорівнює або перевищує товщину клітинної стінки.

У більшості грамнегативних бактерій клітинна оболонка пов'язана з типом молекули ліпопротеїну, що називається ліпопротеїном Брауна, який, у свою чергу, пов'язаний з пептидогліканом клітинної стінки.

Як правило, грамнегативні бактерії менш сприйнятливі до антибіотиків, спрямованих на клітинну стінку, оскільки вони не піддаються впливу навколишнього середовища; він все ще має зовнішню мембрану для захисту.

Крім того, у грамнегативних бактерій гелеподібний матрикс займає територію всередині клітинної стінки та поза плазматичної мембрани, що називається периплазматичним простором.

Товщина пептидогліканового компонента клітинної стінки грамнегативних бактерій становить лише близько 4 нм.

Там, де у грампозитивної бактеріальної клітинної стінки буде більше пептидогліканів для виділення речовини стінки, у грамнегативної помилки у зовнішній мембрані зберігаються інші засоби.

Кожна молекула LPS складається з багатого жирними кислотами субодиниці Lipid A, невеликого серцевинного полісахариду та бічного ланцюга, виготовленого з подібних цукру молекул. Цей ланцюг на стороні O утворює зовнішню сторону LPS.

Точний склад бічного ланцюга різний у різних видів бактерій.

Частини бічного ланцюга, відомі як антигени, можна ідентифікувати за допомогою лабораторних досліджень специфічні патогенні штами бактерій ("штам" - це підвид виду бактерій, як порода собака).

Археї різноманітніші за бактерії, а також їх клітинні стінки. Примітно, що ці стінки не містять пептидоглікану.

Швидше за все, вони містять так звану молекулу, яка називається псевдопептидоглікан, або псевдомуреїн. У цій речовині частина звичайного пептидоглікану, що називається NAM, замінюється іншою субодиницею.

Натомість деякі археї можуть мати шар глікопротеїди або полісахариди що замінює клітинну стінку замість псевдопептидоглікану. Нарешті, як і у деяких видів бактерій, у кількох архей взагалі відсутні клітинні стінки.

Археї, що містять псевдомуреїн, є нечутливий до антибіотиків класу пеніцилінів оскільки ці препарати є інгібіторами транспептидази, які впливають на синтез пептидоглікану.

У цих археях не синтезуються пептидоглікани, і тому пеніциліни не можуть діяти.

Бактеріальні клітини, у яких відсутні клітинні стінки, можуть мати додаткові структури клітинної поверхні на додаток до обговорюваних, таких як глікокаліцес (однина є глікокалікс) та S-шари.

Глікокалікс - це шар цукроподібних молекул, який буває двох основних типів: капсули і слизові шари. Капсула - це добре організований шар полісахаридів або білків. Шламовий шар менш щільно організований, і він менш щільно прикріплений до клітинної стінки знизу, ніж глікокалікс.

Як результат, глікокалікс є більш стійким до змивання, тоді як шар слизу може бути легше витіснений. Шламовий шар може складатися з полісахаридів, глікопротеїдів або гліколіпідів.

Ці анатомічні варіації мають велике клінічне значення.

Глікокаліцеси дозволяють клітинам прилипати до певних поверхонь, сприяючи утворенню колоній називаних організмів біоплівки які можуть утворювати кілька шарів і захищати людей у ​​групі. З цієї причини більшість бактерій у дикій природі живуть у біоплівках, утворених із змішаних бактеріальних спільнот. Біоплівки перешкоджають дії антибіотиків, а також дезінфікуючих засобів.

Всі ці ознаки сприяють утрудненню усунення або зменшення мікробів та викоріненню інфекцій.

Штами бактерій, які в природі стійкі до даного антибіотика завдяки випадковій вигідній мутації, "відбираються" в популяціях людей тому що це помилки, залишені після знищення сприйнятливих до антибіотиків, а ці "супербактерії" розмножуються і продовжують викликати захворювання.

До другого десятиліття 21 століття різноманітні грамнегативні бактерії стали дедалі більше стійкий до антибіотиків, що призводить до збільшення захворюваності та смерті від інфекцій та сприяє охороні здоров'я витрати. Стійкість до антибіотиків - це архетипічний приклад природного розділу на часових шкалах, які можна спостерігати для людей.

Приклади включають:

• E. coli, що викликає інфекції сечовивідних шляхів (ІМП).
• Acinetobacter baumanii, що спричинює проблеми головним чином у закладах охорони здоров’я.
• Синьогнійна паличка, що викликає зараження крові та пневмонію у госпіталізованих хворих та пневмонію у хворих із спадковою хворобою муковісцидозу.
• Klebsiella pneumoniae, який відповідає за велику кількість інфекцій у медичних закладах, серед них пневмонія, зараження крові та ІМП.
• Neisseria gonorrhoeae, що викликає венеричну хворобу - гонорею, друге за частотою повідомлень про інфекційне захворювання в США

Медичні дослідники працюють, щоб не відставати від стійких помилок, що становить мікробну гонку озброєнь.