Vsebina
- Splošne značilnosti celic
- Splošna struktura prokariontske celice
- Struktura bakterijske celične stene
- Gram-pozitivne in gram-negativne bakterije
- Gram-pozitivne bakterijske stenske stene
- Vloga tehijskih kislin
- Gram negativne celice bakterijskih celic
- Orodja gram-negativnih bakterij
- Archaea Cell Stene
- Zakaj je celična stena pomembna?
- Odpornost proti antibiotikom
Prokarioti predstavljajo eno od dveh glavnih klasifikacij življenja. Drugi so evkarioti.
Prokarioti so ločeni po nižji stopnji zahtevnosti. Vsi so mikroskopski, čeprav ne nujno enocelični. Razdeljeni so na domene arheje in bakterije, vendar je velika večina znanih vrst prokariota bakterije, ki so na Zemlji že približno 3,5 milijarde let.
Prokariontske celice nimajo jeder ali membransko vezanih organelov. 90 odstotkov bakterij pa jih ima celične stene, ki jim, razen rastlinskih in nekaterih glivičnih celic, primanjkuje evkariontskih celic. Te celične stene tvorijo najbolj oddaljeno plast bakterij in tvorijo del bakterijska kapsula.
Stabilizirajo in ščitijo celico in so bistvenega pomena za bakterije, ki lahko okužijo gostiteljske celice, pa tudi odziv bakterij na antibiotike.
Splošne značilnosti celic
Vse celice v naravi imajo veliko skupnih lastnosti. Ena od teh je prisotnost zunanjega celična membranaali plazemska membrana, ki tvori fizično mejo celice na vseh straneh. Druga snov je znana kot citoplazma najdemo znotraj celične membrane.
Tretjina je vključitev genetskega materiala v obliki DNK, ali deoksiribonukleinska kislina. Četrta je prisotnost ribosomi, ki proizvajajo beljakovine. Vsaka živa celica za energijo uporablja ATP (adenozin trifosfat).
Splošna struktura prokariontske celice
Struktura prokariotov je preprosta. V teh celicah najdemo DNK, namesto da bi ga pakirali znotraj jedra, zaprtega v jedrski membrani, lažje zbranega v citoplazmi, v obliki telesa, imenovanega a nukleoid.
Običajno je v obliki krožnega kromosoma.
Ribosomi prokariotske celice najdemo raztresene po celični citoplazmi, medtem ko jih v evkariotih najdemo v organelah, kot je npr. Golgijev aparat in Endoplazemski retikulum. Naloga ribosomov je sinteza beljakovin.
Bakterije se razmnožujejo z binarno cepitvijo ali preprosto delitvijo na dve in enakomerno delitvijo celičnih komponent, vključno z genetskimi informacijami v enem samem majhnem kromosomu.
Za razliko od mitoze ta oblika delitve celic ne potrebuje različnih stopenj.
Struktura bakterijske celične stene
Edinstveni peptidoglikani: Vse rastlinske celične stene in bakterijske celične stene so sestavljene večinoma iz verig ogljikovih hidratov.
Medtem ko rastlinske celične stene vsebujejo celulozo, ki jo boste videli v sestavinah številnih živil, stene bakterijskih celic vsebujejo snov, imenovano peptidoglikan, ki ga ne boste.
Ta peptidoglikan, ki je najdemo ga le v prokariotih, prihaja v različnih vrstah; celici daje obliko in daje celici zaščito pred mehanskimi žalitvami.
Peptidoglikani so sestavljeni iz hrbtenice, imenovane glikan, ki je sama sestavljena iz muramična kislina in glukozaminki imata obe acetilne skupine pritrjene na dušikove atome. Vključujejo tudi peptidne verige aminokislin, ki so navzkrižno povezane z drugimi, bližnjimi peptidnimi verigami.
Moč teh "premostitvenih" interakcij se med različnimi peptidoglikani in s tem med različnimi bakterijami zelo razlikuje.
Ta lastnost, kot boste videli, omogoča razvrščanje bakterij v različne vrste glede na to, kako njihove celične stene reagirajo na določeno kemikalijo.
Križne vezi nastanejo z delovanjem encima, imenovanega a transpeptidaza, ki je tarča skupine antibiotikov, ki se uporabljajo za boj proti nalezljivim boleznim pri ljudeh in drugih organizmih.
Gram-pozitivne in gram-negativne bakterije
Medtem ko imajo vse bakterije celično steno, se njena sestava spreminja iz vrste v vrsto zaradi razlik v vsebnosti peptidoglikana, iz katerih so delno ali večinoma sestavljene celične stene.
Bakterije lahko ločimo na dve vrsti, imenovani gram-pozitivni in gram-negativni.
Te so poimenovane po biologu Hans Christian Gram, pionir v celični biologiji, ki je v 1880-ih razvil tehniko obarvanja, primerno imenovano " Gram madež, zaradi česar so nekatere bakterije postale vijolične ali modre, druge pa rdeče ali rožnate.
Nekdanja vrsta bakterij je postala znana kot gram-pozitivno, njihove obarvalne lastnosti pa je mogoče pripisati dejstvu, da njihove celične stene vsebujejo zelo visok delež peptidoglikana glede na celotno steno.
Rdeče ali rožnato obarvajoče bakterije so znane kot gram negativnoin, kot morda ugibate, imajo te bakterije stene, ki jih sestavljajo skromne do majhne količine peptidoglikana.
V gram negativnih bakterijah je tanka membrana zunaj celične stene, ki tvori celična ovojnica.
Ta plast je podobna plazemski membrani celice, ki leži na drugi strani celične stene, bližje notranjosti celice. V nekaterih gram-negativnih celicah, kot so E. coli, celična membrana in jedrska ovojnica ponekod dejansko prideta v stik in prodreta v peptidoglikan tanke stene med njimi.
Ta jedrska ovojnica vsebuje molekule, ki se razprostirajo navzven lipopolisaharidi, ali LPS. Iz notranjosti te membrane se raztezajo lipoproteini mureina, ki so na skrajnem koncu pritrjeni na zunanjo stran celične stene.
Gram-pozitivne bakterijske stenske stene
Gram-pozitivne bakterije imajo debelo celično steno peptidoglikana, približno 20 do 80 nm (nanometri ali en milijarda metra).
Primeri vključujejo stafilokoki, streptokoki, laktobacili in Bacili vrste.
Te bakterije obarvajo vijolična ali rdeča, navadno pa vijolično, z Gramovim madežem, saj peptidoglikan obdrži vijolično barvilo, naneseno zgodaj v postopku, ko pripravek pozneje speremo z alkoholom.
Ta močnejša celična stena nudi gram-pozitivnim bakterijam večjo zaščito pred večino zunanjih žalitev v primerjavi z gram negativnimi bakterijami, čeprav visoka vsebnost peptidoglikana teh organizmov naredi njihove stene nekaj tridimenzionalne trdnjave, kar pomeni nekoliko lažjo strategijo, kako jo uničiti.
••• DruženjeGram-pozitivne bakterije so na splošno bolj dovzetne za antibiotike, ki ciljajo na celično steno, kot gram-negativne vrste, saj so izpostavljene okolju, v nasprotju s sedenjem pod ali v celici.
Vloga tehijskih kislin
Peptidoglikanske plasti gram-pozitivnih bakterij so običajno z veliko molekulami, imenovanimi tehijske kislineali TA-ji.
To so verige ogljikovih hidratov, ki segajo skozi in včasih mimo plasti peptidoglikana.
Za TA verjame, da stabilizira peptidoglikan okoli njega preprosto tako, da postane bolj tog, ne pa da ima kakršne koli kemijske lastnosti.
TA je delno odgovorna za sposobnost nekaterih gram-pozitivnih bakterij, na primer streptokoknih vrst, da se vežejo na posebne proteine na površini gostiteljskih celic, kar olajša njihovo sposobnost povzročanja okužbe in v mnogih primerih bolezni.
Ko so bakterije ali drugi mikroorganizmi sposobni povzročiti nalezljivo bolezen, jih imenujemo patogeni.
Celične stene bakterij Družina mikobakterijpoleg tega, da vsebujejo peptidoglikan in TA, imajo zunanjo „voščeno“ plast mikolične kisline. Te bakterije so znane kot "hitro kislina,"Ker so za to, da prodrejo v to voskasto plast, potrebni madeži te vrste, ki omogočajo uporaben mikroskopski pregled.
Gram negativne celice bakterijskih celic
Gram-negativne bakterije, tako kot njihovi gram-pozitivni kolegi, imajo peptidoglikanske celične stene.
Je pa stena precej tanjša, debela le od 5 do 10 nm. Te stene ne obarvajo vijolično z Gramovim madežem, ker njihova manjša vsebnost peptidoglikana pomeni, da stena ne more obdržati veliko barvila, ko se pripravek opere z alkoholom, kar ima na koncu roza ali rdečkasto barvo.
Kot je navedeno zgoraj, celična stena ni najbolj zunanja poznejša od teh bakterij, ampak je namesto njih prekrita z drugo plazemsko membrano, celično ovojnico ali zunanjo membrano.
Ta plast je debela približno 7,5 do 10 nm, ki tekmuje ali presega debelino celične stene.
Pri večini gram-negativnih bakterij je celična ovojnica povezana z vrsto molekule lipoproteina, imenovano Braunsov lipoprotein, ki je posledično povezan s peptidoglikanom celične stene.
Orodja gram-negativnih bakterij
Gram-negativne bakterije so na splošno manj dovzetne za antibiotike, ki ciljajo na celično steno, ker niso izpostavljene okolju; še vedno ima zunanjo membrano za zaščito.
Poleg tega v gram-negativnih bakterijah gel podobna matrica zaseda ozemlje znotraj celične stene in zunaj plazemske membrane, ki se imenuje periplazemski prostor.
Peptidoglikanska komponenta celične stene gram-negativnih bakterij je debela le okoli 4 nm.
Kadar ima gram-pozitivna bakterijska celična stena več peptidoglikanov, ki bi dali njeno snovno snov, ima gram-negativni hrošč v svoji zunanji membrani še drugo orodje.
Vsaka molekula LPS je sestavljena iz podenote Lipid A, bogate z maščobnimi kislinami, polisaharida z majhnim jedrom in verige na strani O, izdelane iz molekul, podobnih sladkorju. Ta O-veriga tvori zunanjo stran LPS.
Natančna sestava stranske verige se med različnimi vrstami bakterij razlikuje.
Deli verige na strani O, znani kot antigeni, je mogoče določiti z laboratorijskimi preiskavami za identifikacijo specifičnih patogenih bakterijskih sevov ("sev" je podvrsta bakterijske vrste, kot je pasma psov).
Archaea Cell Stene
Archaea so bolj raznolike od bakterij, prav tako tudi njihove celične stene. Zlasti te stene ne vsebujejo peptidoglikana.
Namesto tega običajno vsebujejo podobno imenovano molekulo, imenovano psevdopeptidoglikanali psevdomurein. V tej snovi se del navadnega peptidoglikana, imenovan NAM, nadomesti z drugo podenoto.
Nekatere arheje imajo lahko plast glikoproteini ali polisaharidi ki nadomešča celično steno namesto psevdopeptidoglikana. Na koncu, tako kot nekatere bakterijske vrste, tudi nekaj arhej manjka celične stene.
Arheje, ki vsebujejo psevdomurein, so neobčutljiv na antibiotike razreda penicilina ker so ta zdravila zaviralci transpeptidaze, ki delujejo tako, da motijo sintezo peptidoglikana.
V teh arhejah se ne sintetizirajo peptidoglikani in zato ničesar, na kar bi lahko delovali penicilini.
Zakaj je celična stena pomembna?
Bakterijske celice, ki nimajo celičnih sten, imajo poleg obravnavanih še dodatne celične površinske strukture, kot so glikokalice (ednina je glikokaliks) in S-plasti.
Glikokaliks je plašč sladkornih podobnih molekul, ki je sestavljen iz dveh glavnih vrst: kapsule in sluzaste plasti. Kapsula je dobro organizirana plast polisaharidov ali beljakovin. Plast sluzi je manj tesno urejena in je manj tesno pritrjena na celično steno spodaj kot glikokaliks.
Posledično je glikokaliks bolj odporen na izpiranje, medtem ko se sluzasta plast lažje odstrani. Plast sluzi je lahko sestavljen iz polisaharidov, glikoproteinov ali glikolipidov.
Te anatomske variacije imajo velik klinični pomen.
Glikokalice omogočajo, da se celice držijo določenih površin in tako pomagajo pri tvorbi kolonij organizmov, imenovanih biofilmi ki lahko tvorijo več plasti in ščitijo posameznike v skupini. Zaradi tega večina bakterij v naravi živi v biofilmih, ki so nastali iz mešanih bakterijskih skupnosti. Biofilmi ovirajo delovanje antibiotikov in tudi razkužil.
Vsi ti atributi prispevajo k težavi pri odstranjevanju ali zmanjšanju mikrobov in izkoreninjenju okužb.
Odpornost proti antibiotikom
Bakterijski sevi, ki so naravno odporni na dani antibiotik, zahvaljujoč naključno koristnim mutacijam, so v človeški populaciji "izbrani", ker so to hrošči, ki jih zaostanejo, ko se dovzetni za antibiotike izločijo, ti "superbaki" pa se množijo in nadaljujejo povzročajo bolezni.
V drugem desetletju 21. stoletja so številne gram-negativne bakterije postale vse bolj odporne na antibiotike, kar je povzročilo povečanje bolezni in smrti zaradi okužb ter povečanje stroškov zdravstvenega varstva. Odpornost proti antibiotikom je arhetipski primer naravnega odseka na časovnih lestvicah, ki jih je mogoče opaziti pri ljudeh.
Primeri vključujejo:
Medicinski raziskovalci si prizadevajo, da bi sledili odpornim hroščem, kar pomeni mikrobiološka tekma z orožjem.