BAKTERIJŲ LĄSTELIŲ SIENA: SAVYBĖS, BIOSINTEZĖ, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Bakterinė ląstelė sienelę yra sudėtingas ir pusiau standus struktūra, atsakingas už suteikiant apsaugą ir formą, kad bakterijų. Struktūriškai jis yra sudarytas iš molekulės, vadinamos peptidoglikanu. Be apsaugos nuo slėgio pokyčių, bakterijų sienelė suteikia tvirtinimo vietą tokioms struktūroms kaip flagella ar pilis ir apibūdina įvairias savybes, susijusias su virulencija ir ląstelių judrumu.

Plačiai naudojama metodika klasifikuoti bakterijas pagal jų ląstelių sienelės struktūrą yra „Gram“ dėmė. Tai susideda iš sistemingo purpurinių ir rausvų dažų taikymo, kai storos sienelės ir daug peptidoglikano turinčios bakterijos nusidažo purpurine spalva (gramteigiami), o bakterijos, kurių plona sienelė yra apsupta lipopolisaharidų, nusidažo rožine spalva (gramneigiamos).

Šaltinis pixabay.com

Nors kitos organinės būtybės, tokios kaip archaja, dumbliai, grybeliai ir augalai, turi ląstelių sienas, jų struktūra ir sudėtis stipriai skiriasi nuo bakterijų ląstelių sienos.

Charakteristikos ir struktūra

Bakterijų siena: peptidoglikanų tinklas

Biologijoje mes paprastai nustatome ribas tarp gyvųjų ir negyvųjų, naudodamiesi plazmos membrana. Tačiau yra daugybė organizmų, kuriuos supa papildomas barjeras: ląstelės siena.

Bakterijose ląstelės sienelę sudaro sudėtingas ir sudėtingas makromolekulės, vadinamos peptidoglikanu, dar žinomos kaip mureinas, tinklas.

Be to, sienoje galime rasti ir kitų rūšių medžiagų, sujungtų su peptidoglikanu, tokių kaip angliavandeniai ir polipeptidai, kurių ilgis ir struktūra skiriasi.

Chemiškai peptidoglikanas yra disaharidas, kurio monomeriniai vienetai yra N-acetilgliukozaminas ir N-acetilmuramis (iš miško šaknies, kuris reiškia sieną).

Visada randame grandinę, sudarytą iš tetrapeptidų, susidedančią iš keturių aminorūgščių liekanų, sujungtų su N-acetilmuramiu.

Bakterijų ląstelių sienelės struktūra yra sudaryta pagal dvi schemas arba du bendruosius modelius, vadinamus gramteigiamais ir gramneigiamaisiais. Kitame skyriuje mes išsamiai išplėsime šią idėją.

Konstrukcijos už ląstelės sienos

Paprastai bakterijų ląstelių sieną supa kai kurios išorinės struktūros, tokios kaip glikokaliksas, žvyneliai, ašiniai siūlai, fimbrijos ir pilis.

Glikokaliksą sudaro į žele panaši matrica, kuri supa sieną, ir yra kintamos sudėties (polisacharidai, polipeptidai ir kt.). Kai kuriose bakterijų padermėse šios kapsulės sudėtis skatina virulentiškumą. Tai taip pat svarbus komponentas formuojant bio plėves.

Žiogeliai yra gijinės struktūros, kurių forma primena plaktą ir prisideda prie organizmo judėjimo. Likę aukščiau paminėti siūlai prisideda prie ląstelių įtvirtinimo, judrumo ir genetinės medžiagos mainų.

Netipinės bakterijų ląstelių sienos

Nors minėtą struktūrą galima apibendrinti su daugumos bakterijų organizmais, yra labai konkrečių išimčių, kurios neatitinka šios ląstelių sienelės schemos, nes jų nėra arba jos turi labai mažai.

Mycoplasma genties nariai ir filogenetiškai giminingi organizmai yra vienos mažiausių kada nors užfiksuotų bakterijų. Dėl mažo dydžio jie neturi ląstelių sienos. Tiesą sakant, iš pradžių jie buvo laikomi virusais, o ne bakterijomis.

Tačiau turi būti kažkoks būdas apsaugoti šias mažąsias bakterijas. Jie tai daro dėl specialių lipidų, vadinamų steroliais, kurie padeda apsaugoti nuo ląstelių lizės.

funkcijos

-Biologinės bakterijų ląstelių sienos funkcijos

Apsauga

Pagrindinė bakterijų ląstelės sienelės funkcija yra apsaugoti ląstelę, veikiant kaip savotiškas egzoskeletas (kaip ir nariuotakojų).

Bakterijų viduje yra nemažas kiekis ištirpusių tirpių medžiagų. Dėl osmoso reiškinio vanduo, kuris juos supa, bandys patekti į ląstelę, sukurdamas osmosinį slėgį, kuris, jei nebus kontroliuojamas, gali sukelti ląstelės lizę.

Jei bakterinės sienelės neegzistuotų, vienintelis apsauginis barjeras ląstelės viduje būtų trapi plazminė membranos rūšis, lipidinė, greitai atslūgusi į slėgį, kurį sukelia osmoso reiškinys.

Bakterijų ląstelių sienelė sudaro apsauginę barikadą nuo galimų slėgio svyravimų, kurie neleidžia ląstelėms lizuotis.

Standumas ir forma

Dėl savo stangrinamųjų savybių siena padeda formuoti bakterijas. Štai kodėl mes galime atskirti įvairias bakterijų formas pagal šį elementą, ir mes galime naudoti šią savybę, norėdami nustatyti klasifikaciją, pagrįstą labiausiai paplitusiomis morfologijomis (kokciais arba bacilomis, be kitų).

Inkaro vieta

Galiausiai ląstelės siena tarnauja kaip kitų konstrukcijų, susijusių su judrumu ir tvirtinimu, tvirtinimo vieta, pvz., Žiuželių.

-Kabelio sienelės

Be šių biologinių funkcijų, bakterijų sienelė taip pat yra klinikinė ir taksonominė. Kaip pamatysime vėliau, siena naudojama įvairių tipų bakterijoms atskirti. Be to, struktūra leidžia suprasti bakterijos virulentiškumą ir kokį antibiotiką ji gali būti jautri.

Kadangi cheminiai ląstelės sienelės komponentai būdingi tik bakterijoms (kurių trūksta žmogaus šeimininkui), šis elementas yra potencialus antibiotikų kūrimo tikslas.

Klasifikacija pagal Gram dėmę

Mikrobiologijoje dėmės yra plačiai naudojamos procedūros. Kai kurie iš jų yra paprasti ir jų tikslas yra aiškiai parodyti organizmo buvimą. Tačiau kitos dėmės yra skirtingo tipo, kai naudojami dažikliai reaguoja priklausomai nuo bakterijų rūšies.

Vienas iš plačiausiai mikrobiologijoje naudojamų diferencinių dėmių yra dažymas „Gram“, metodas, kurį 1884 m. Sukūrė bakteriologas Hansas Christianas Gramas. Šis metodas leidžia bakterijas suskirstyti į dideles grupes: gramteigiamas ir gramneigiamas.

Šiandien tai laikoma labai naudinga medicina, nors kai kurios bakterijos tinkamai nereaguoja į spalvą. Paprastai jis naudojamas, kai bakterijos yra jaunos ir auga.

Gramo dažymo protokolas

i) Pirminio dažo užtepimas: termiškai fiksuotas mėginys padengiamas pagrindiniu purpuriniu dažikliu, paprastai tam naudojamas krištolo violetinis. Ši dėmė prasiskverbia į visas mėginyje rastas ląsteles.

ii) Jodo uždėjimas: per trumpą laiką iš mėginio pašalinami purpuriniai dažai ir užpilamas jodas, šarminantis agentas. Šiame etape tiek gramteigiamos, tiek neigiamos bakterijos nusidažo giliai purpurine spalva.

(iii) plovimas: trečiasis etapas apima dažiklio plovimą alkoholio tirpalu arba alkoholio ir acetono mišiniu. Šie sprendimai turi galimybę pašalinti spalvą, tačiau tik iš kai kurių pavyzdžių.

(iv) Safranino uždėjimas: galiausiai ankstesniame etape panaudotas tirpalas pašalinamas ir užpilamas kitas dažiklis - safraninas. Tai yra pagrindinis raudonas dažymas. Šie dažai plaunami ir bandinys paruoštas stebėjimui optinio mikroskopo šviesoje.

Gram teigiamų bakterijų ląstelių sienelė

(Iii) dažymo etape tik kai kurios bakterijos sulaiko purpurinį dažą, ir jos yra žinomos kaip gramteigiamos bakterijos. Safranino spalva jiems įtakos nedaro, o dažymo pabaigoje šiam tipui priklausančios spalvos yra purpurinės.

Teorinis dažymo principas grindžiamas bakterijų ląstelių sienos struktūra, nes tai priklauso nuo purpurinio dažo, kuris kartu su jodu sudaro kompleksą, pabėgimo.

Pagrindinis skirtumas tarp gramneigiamų ir teigiamų bakterijų yra juose esantis peptidoglikano kiekis. Grampozityvai turi storą šio junginio sluoksnį, kuris leidžia išlaikyti purpurinę spalvą, nepaisant vėlesnio skalbimo.

Violetinis kristalas, kuris patenka į ląstelę atlikdamas pirmąjį žingsnį, sudaro jodo kompleksą, dėl kurio sunku juos išplauti plaunant alkoholį dėka storo peptidoglikano sluoksnio, kuris juos supa.

Tarpas tarp peptidoglikano sluoksnio ir ląstelės membranos yra žinomas kaip plazminė erdvė, kurią sudaro granuliuotas sluoksnis, sudarytas iš lipoteichoic rūgšties. Be to, gramteigiamoms bakterijoms būdinga tai, kad prie sienos yra pritvirtintos teiko rūgštys.

Šios rūšies bakterijų pavyzdys yra Staphylococcus aureus rūšis, kuri yra žmonių patogenas.

Gramneigiamų bakterijų ląstelių sienelė

Bakterijos, kurios neišlaiko (iii) pakopos dažymo, paprastai yra gramneigiamos. Dėl šios priežasties yra naudojamas antrasis dažiklis (safraninas), kad būtų galima vizualizuoti šią prokariotų grupę. Taigi gramneigiamos bakterijos atrodo rausvos spalvos.

Skirtingai nuo storo peptidoglikano sluoksnio, esančio gramneigiamose bakterijose, neigiamos bakterijos turi daug plonesnį sluoksnį. Be to, jie pateikia lipopolisaharidų sluoksnį, kuris yra jų ląstelių sienos dalis.

Mes galime naudoti sumuštinio analogiją: duona vaizduoja dvi lipidų membranas, o vidus arba įdaras būtų peptidoglikanas.

Lipopolisacharidų sluoksnį sudaro trys pagrindiniai komponentai: (1) lipidas A, (2) polisacharidų šerdis ir (3) polisacharidai O, kurie veikia kaip antigenas.

Kai tokia bakterija miršta, ji išskiria lipidą A, kuris veikia kaip endotoksinas. Lipidas yra susijęs su simptomais, kuriuos sukelia gramneigiamų bakterijų infekcijos, pavyzdžiui, karščiavimas ar kraujagyslių išsiplėtimas.

Šis plonas sluoksnis neišlaiko purpurinio dažo, uždėto pirmojo etapo metu, nes plaunant alkoholiu pašalinamas lipopolisahariido sluoksnis (ir kartu su juo dažiklis). Jų sudėtyje nėra teiko rūgšties, nurodytos gramteigime.

Šio bakterijų ląstelių sienelės organizavimo pavyzdžiu gali būti garsiosios E. coli bakterijos.

Gram dėmės medicininės pasekmės

Žiūrint iš medicinos perspektyvos, svarbu žinoti bakterijų sienelės struktūrą, nes gramteigiamos bakterijos paprastai lengvai pašalinamos naudojant antibiotikus, tokius kaip penicilinas ir cefalosporinas.

Gramneigiamos bakterijos, priešingai, paprastai yra atsparios antibiotikams, kurie nesugeba prasiskverbti pro lipopolisaharidų barjerą.

Kiti dažymai

Nors „Gram“ dažymas yra plačiai žinomas ir taikomas laboratorijoje, yra ir kitų metodikų, leidžiančių diferencijuoti bakterijas pagal ląstelės sienos struktūrinius aspektus. Vienas iš jų yra rūgštinis dažymas, kuris stipriai jungiasi su bakterijomis, turinčiomis vaško pavidalo medžiagų, pritvirtintų prie sienos.

Tai specialiai naudojama norint atskirti Mycobacterium rūšis nuo kitų bakterijų rūšių.

Biosintezė

Bakterinės ląstelės sienos sintezė gali vykti ląstelės citoplazmoje arba vidinėje membranoje. Susintetinus struktūrinius vienetus, sienos montavimas vyksta už bakterijų ribų.

Peptidoglikano sintezė vyksta citoplazmoje, kur susidaro nukleotidai, kurie bus šios sienelę sudarančios makromolekulės pirmtakai.

Sintezė vyksta plazmos membranoje, kur vyksta membranų lipidų junginių susidarymas. Plazminės membranos viduje vyksta peptidoglikano turinčių vienetų polimerizacija. Visam procesui padeda skirtingi bakteriniai fermentai.

Degradacija

Ląstelių sienelę galima skaidyti dėl fermento, veikiančio lizocimo, fermento, kuris natūraliai randamas skysčiuose, tokiuose kaip ašaros, gleivės ir seilės.

Šis fermentas efektyviau veikia gramteigiamų bakterijų sieneles, pastarosios yra labiau pažeidžiamos lizės.

Šio fermento mechanizmas susideda iš hidrolizės jungčių, laikančių kartu peptidoglikano monomerinius blokus.

Ląstelės siena Arqueas mieste

Gyvenimas yra padalintas į tris pagrindines sritis: bakterijas, eukariotus ir archają. Nors pastarosios paviršutiniškai primena bakterijas, jų ląstelių sienelių pobūdis yra skirtingas.

Archajoje ląstelės sienos gali būti arba negali būti. Jei cheminė sudėtis egzistuoja, ji skiriasi, įskaitant polisacharidų ir baltymų serijas, tačiau iki šiol nepranešta apie rūšis, kurių sienelę sudarytų peptidoglikanas.

Tačiau jų sudėtyje gali būti medžiaga, vadinama pseudomureinu. Jei dažoma gramais, jie visi bus gramteigiami. Todėl dažymas nėra naudingas archajoje.

Nuorodos

1. Albers, SV ir Meyer, BH (2011). Archealinės kameros vokas. „Nature Reviews Microbiology“, 9 (6), 414–426.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ir Walter, P. (2013). Esminė ląstelių biologija. Girlianda mokslas.
3. Cooperis, G. (2000). Ląstelė: molekulinis požiūris. 2-asis leidimas. „Sinauer Associates“.
4. Cooperis, GM ir Hausmanas, RE (2007). Ląstelė: molekulinis metodas. Vašingtonas, DC, Sunderland, MA.
5. Cullimore, DR (2010). Praktinis bakterijų identifikavimo atlasas. „CRC Press“.
6. Koebnik, R., Locher, KP, ir Van Gelder, P. (2000). Bakterijų išorinės membranos baltymų sandara ir funkcijos: statinės riešutais. Molekulinė mikrobiologija, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., ir Darnell, J. (2000). Molekulinių ląstelių biologija, 4-asis leidimas. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras, knygų lentyna.
8. „Scheffers“, DJ ir „Pinho“, MG (2005). Bakterijų ląstelių sienelių sintezė: naujos lokalizacijos tyrimų įžvalgos. Mikrobiologijos ir molekulinės biologijos apžvalgos, 69 (4), 585–607.
9. „Tortora“, G. J., „Funke“, „BR“ ir „Case“, CL (2016). Mikrobiologija. Pristatymas. Pearsonas.