Bacteriële celwandkenmerken, biosynthese, functies

De Bacteriële celwand Het is een complexe en semi -rigide structuur, verantwoordelijk voor het bieden van bescherming en vorm aan bacteriën. Structureel is het samengesteld uit een molecuul genaamd peptidoglycan. Naast de bescherming van de druk, biedt de bacteriële wand een verankeringsplaats voor structuren zoals flagella of pilis en definieert verschillende eigenschappen met betrekking tot virulentie en celmotiliteit.

Een veelgebruikte methodologie om bacteriën te classificeren volgens de structuur van hun celwand is Gram's kleuring. Dit bestaat uit een systematische toepassing van paarse en roze kleurstoffen, waarbij bacteriën met dikke wand en rijk aan peptidoglycan paars worden geverfd (gram positief) en die met een fijne wand omgeven door lipopolysacchariden zijn roze (gram negatief).

Pixabay Fountain.com

Hoewel andere organische wezens zoals bogen, algen, schimmels en planten een celwand hebben, verschilt de structuur en samenstelling hiervan diep van de bacteriecelwand.

[TOC]

Kenmerken en structuur

De bacteriële wand: een peptidoglycan -netwerk

In de biologie definiëren we meestal de grenzen tussen de levenden en het niet levend met behulp van het plasmamembraan. Er zijn echter veel organismen die worden omgeven door een extra barrière: de celwand.

In bacteriën bestaat de celwand uit een ingewikkeld en complex netwerk van een macromolecuul genaamd peptidoglycan, ook bekend als Mureina.

Bovendien kunnen we andere soorten stoffen op de wand vinden die worden gecombineerd met peptidoglycan, zoals koolhydraten en polypeptiden die in lengte en structuur varieerden.

Chemisch gezien is peptidoglycan een disaccharide waarvan de monomere eenheden N-acetylglucosamine en N-acetylmuramic zijn (wortel Murus, wat betekent muur).

We vinden altijd een ketting gevormd door tetrapéptiden, die bestaat uit vier aminozuurresiduen bevestigd aan het N-acetylmisch.

De structuur De bacteriële celwand volgt twee schema's of twee algemene patronen, bekend als gram positief en gram negatief. In de volgende sectie zullen we dit idee grondig ontwikkelen.

Structuren extern aan de celwand

Meestal wordt de celwand van bacteriën omgeven door sommige externe structuren, zoals glycochalix, flagella, axiale filamenten, fimbrias en pilis.

De glycochalix bestaat uit een matrix van gelatineuze consistentie die de wand omringt en van variabele samenstelling is (polysachariden, polypeptiden, enz.). In sommige bacteriestammen draagt ​​de samenstelling van deze capsule bij aan virulentie. Het is ook een cruciale component bij de vorming van biofilms.

Flagella zijn filamenteuze structuren, waarvan de vorm een ​​zweep herinnert en bijdraagt ​​aan de mobiliteit van het organisme. De rest van de bovengenoemde filamenten dragen bij aan het anker van de cel, motiliteit en de uitwisseling van genetisch materiaal.

Atypische bacteriële celwanden

Hoewel de hierboven genoemde structuur kan worden gegeneraliseerd naar de overgrote meerderheid van bacteriële organismen, zijn er zeer specifieke uitzonderingen die niet passen bij dit celwandschema, omdat ze het missen of heel weinig materiaal hebben.

De leden van het genre Mycoplasma en fylogenetisch hiermee gerelateerde organismen zijn van de kleinste bacteriën die zijn geregistreerd. Vanwege hun kleine formaat hebben ze geen celwand. In feite werden ze in eerste instantie beschouwd als virus en niet als bacteriën.

Er moet echter een manier zijn waarom deze kleine bacteriën bescherming verkrijgen. Dit wordt bereikt dankzij de aanwezigheid van speciale lipiden genaamd Sterols, die bijdragen aan de bescherming tegen cellysis.

Functie

-Biologische functies van de bacteriële celwand

Bescherming

De belangrijkste functie van de celwand in bacteriën is om de cel bescherming te verlenen en te functioneren als een soort exoskelet (zoals geleedpotigen).

Kan u van dienst zijn: integrines: kenmerken, structuur en functies

Bacteriën bevatten een aanzienlijke hoeveelheid opgeloste opgeloste stoffen binnenin. Vanwege het fenomeen van osmose zal het omringende water proberen de cel binnen te gaan door osmotische druk te creëren, die, indien niet geregeld, kan leiden tot de lysis van de cel.

Als de bacteriële wand niet zou bestaan, zou de enige beschermende barrière van het celinterieur het fragiele plasmamembraan van lipide -aard zijn, dat snel zou toegeven aan de druk veroorzaakt door het fenomeen van osmose.

De bacteriële celwand vormt een barricade van onderdak in het gezicht van dringende oscillaties die kunnen optreden, waardoor cellysis mogelijk is.

Stijfheid en vorm

Dankzij de stijfheidseigenschappen helpt de muur de bacteriën vorm te geven. Daarom kunnen we volgens dit element onderscheid maken tussen verschillende vormen van bacteriën, en we kunnen dit kenmerk gebruiken om een ​​classificatie vast te stellen op basis van de meest voorkomende morfologieën (onder andere kokosnoten of bacillen).

Ankerplaats

Ten slotte dient de celwand als een verankeringsplaats voor andere structuren met betrekking tot motiliteit en verankering, zoals geselen.

-Celwandtoepassingen

Naast deze biologische functies heeft de bacteriële wand ook klinische en taxonomische toepassingen. Zoals we later zullen zien, wordt de muur gebruikt om te discrimineren tussen verschillende soorten bacteriën. Bovendien stelt de structuur ons in staat om de virulentie van de bacteriën te begrijpen en wat voor soort antibioticum vatbaar kan zijn.

Aangezien de chemische componenten van de celwand uniek zijn voor bacteriën (ontbreken in de menselijke gast), is dit element een potentieel wit voor antibiotica -ontwikkeling.

Classificatie volgens de vlekken van Gram

In microbiologie worden kleuring veel gebruikte procedures. Sommigen van hen zijn eenvoudig en hun doel is om de aanwezigheid van een organisme duidelijk aan te tonen. Andere kleuring is echter van een differentiaal type, waarbij gebruikte kleurstoffen reageren, afhankelijk van het type bacteriën.

Een van de meest gebruikte differentiële kleuring in de microbiologie is de kleuring van GRAM, een techniek ontwikkeld in 1884 door de bacterioloog Hans Christian Gram. De techniek maakt het mogelijk om bacteriën in grote groepen te classificeren: gram positief en gram negatief.

Tegenwoordig wordt het beschouwd als een techniek van geweldig medisch nut, hoewel sommige bacteriën niet goed reageren op kleur. Het wordt meestal toegepast wanneer bacteriën jong zijn en groeien.

Gram kleuring protocol

(Yo) Primaire kleurstoftoepassing: Een monster dat is vastgelegd met warmte is bedekt met een basale paarse kleurstof, het violette glas wordt er meestal voor gebruikt. Deze kleurstof doordringt alle cellen die in het monster worden gevonden.

(Ii) Jodo -applicatie: Na een korte periode wordt de paarse kleurstof uit het monster verwijderd en past jodium toe, een bijtmiddel. In dit stadium zijn zowel de positieve als de negatieve bacteriën geverfd over een intense paars.

(Iii) Gewassen: De derde stap impliceert de kleurstof van de kleurstof met een alcoholoplossing of met een mengsel van alcohol-aceton. Deze oplossingen hebben de mogelijkheid om kleur te elimineren, maar alleen uit sommige monsters.

(Iv) Safranine -toepassing: Ten slotte wordt de in de vorige stap toegepaste oplossing geëlimineerd en wordt een andere kleurstof toegepast, de safranine. Dit is een rode basiskleurstof. Deze kleurstof van deze kleurstof is gewassen en het monster is klaar om te worden waargenomen in het licht van de optische microscoop.

Kan je van dienst zijn: gametophyte

Gram positieve bacteriële wand

In de doorgang (iii) van kleuring behouden alleen sommige bacteriën de paarse kleurstof, en die staan ​​bekend als gram positieve bacteriën. De kleur van de safranine heeft geen invloed op hen, en aan het einde van de kleuring worden degenen die tot dit type behoren paars waargenomen.

Het theoretische kleurprincipe is gebaseerd op de structuur van de bacteriële celwand, omdat dit afhankelijk is van de ontsnapping of niet van paarse kleurstof, die een complex vormt samen met het jodium.

Het basisverschil tussen gram negatief en positieve bacteriën is de hoeveelheid peptidoglycan die ze presenteren. De positieve grammen hebben een dikke laag van deze verbinding waarmee ze paarse kleuring kunnen behouden, ondanks het achterste wassen.

Het violette kristal dat in de eerste stap de cel binnenkomt, vormt een complex met het jodium, wat het moeilijk maakt bij alcoholwassing, dankzij de dikke peptidoglycan -laag die hen omringt.

De ruimte tussen de peptidoglycan lag. Bovendien worden gram -positieve bacteriën gekenmerkt door een reeks theicoïnezuren aan de wand te hebben verankerd.

Voorbeeld van dit type bacteriën is de soort Staphylococcus aureus, dat is een ziekteverwekker voor de mens.

Gram negatieve bacteriële celwand

De bacteriën die de kleur van de doorgang (III) niet behouden, zijn, door weggooi, het negatieve gram. Dit is de reden waarom een ​​tweede kleurstof (de safranine) wordt toegepast om deze groep prokaryoten te visualiseren. Aldus worden gram negatieve bacteriën waargenomen uit een roze kleur.

In tegenstelling tot de dikke laag peptidoglycan die de positieve grambacteriën presenteren, hebben de negatieve een veel dunnere laag. Bovendien hebben ze een laag lipopolysacchariden die deel uitmaakt van hun celwand.

We kunnen de analogie van een sandwich gebruiken: het brood vertegenwoordigt twee lipidemembranen en het interieur of de vulling zou de peptidoglycan zijn.

De lipopolysaccharide lag.

Wanneer een dergelijke bacterie sterft, bevrijdt lipide A, die functioneerde als een endotoxine. Het lipide is gerelateerd aan de symptomatologie veroorzaakt door infecties van gram negatieve bacteriën, zoals koorts of dilatatie van bloedvaten, onder andere.

Deze fijne laag behoudt niet de paarse kleurstof die in de eerste stap wordt toegepast, omdat alcoholwassen de lipopolysacchariden elimineert (en daarmee de kleurstof). Ze bevatten niet de theicoïnezuren die worden genoemd in de positieve gram.

Een voorbeeld van dit patroon van bacteriële celwandorganisatie is de beroemde bacteriën EN. coli.

Medische gevolgen van het tincion van gram

Vanuit medisch perspectief is het belangrijk om de structuur van de bacteriële wand te kennen, omdat gram positieve bacteriën meestal gemakkelijk kunnen worden geëlimineerd door antibiotica zoals penicilline en cephalosporine toe te passen.

Gram -negatieve bacteriën zijn daarentegen meestal resistent tegen de toepassing van antibiotica die de barrière van lipopolysacchariden niet doordringen.

Kan u van dienst zijn: basale stratum: kenmerken en functies

Andere kleuren

Hoewel de kleuring van Gram algemeen bekend is en in het laboratorium wordt toegepast, zijn er ook andere methoden die het onderscheiden van bacteriën mogelijk maken volgens structurele aspecten van de celwand. Een daarvan is de zure kleuring die de bacteriën steunt met wax type verenigd aan de muur.

Dit wordt specifiek gebruikt om soorten te onderscheiden van Mycobacterium van andere soorten bacteriën.

Biosynthese

De synthese van de bacteriële celwand kan optreden in het cytoplasma van de cel of in het interne membraan. Zodra de structurele eenheden zijn gesynthetiseerd, gaat het wandassemblage buiten de bacteriën verder.

De synthese van de peptidoglycan vindt plaats in het cytoplasma, waarbij nucleotiden worden gevormd die als voorlopers zullen dienen voor dit macromolecuul dat de wand samenstelt.

Synthese volgt zijn pad in het plasmamembraan, waar het genereren van membraanlipideverbindingen plaatsvindt. In het plasmamembraan treedt de polymerisatie van de eenheden die de peptidoglycan uit vormen zich voor. Het hele proces wordt bijgestaan ​​door verschillende bacterie -enzymen.

Degradatie

De celwand kan worden afgebroken dankzij de enzymatische werking van het lyszym, enzym dat van nature wordt aangetroffen in vloeistoffen zoals tranen, slijm en speeksel.

Dit enzym werkt efficiënter in de wanden van gram positieve bacteriën, waarbij de laatste kwetsbaarder is voor lysis.

Het mechanisme van dit enzym bestaat uit de hydrolyse van de links die bij elkaar blijven met de monomere blokken van de peptidoglycan.

Celwand in bogen

Het leven is verdeeld in drie hoofddomeinen: bacteriën, eukaryoten en bogen. Hoewel de laatste oppervlakkig bacteriën herinnert, is de aard van hun celwand anders.

In de bogen kan er een celwand zijn. In het geval er een chemische samenstelling is, varieert deze inclusief een reeks polysachariden en eiwitten, maar tot nu toe is er geen soorten gemeld met een peptidoglycanwand.

Ze kunnen echter een stof bevatten die bekend staat als pseudomurein. In het geval dat de kleuring van Gram wordt toegepast, zal alles gram negatief zijn. Daarom is kleuren niet nuttig in bogen.

Referenties

1. Albers, s. V., & Meyer, B. H. (2011). Het archaeal cell -evelope. Nature Reviews Microbiology, 9(6), 414-426.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, p. (2013). Essentiële celbiologie. Slingerwetenschap.
3. Cooper, G. (2000). De cel: een naderingsmoleculair. 2e editie. Sinauer Associates.
4. Cooper, G. M., & Hausman, r. EN. (2007). De cel: een naderingsmoleculair. Washington, DC, Sunderland, MA.
5. CULLIMORE, D. R. (2010). Praktische atlas voor bacteriële identificatie. CRC Press.
6. Koebnik, r., Locher, K. P., & Van gelder, p. (2000). Structuur en functie van bacteriële buitenmembraaneiwitten: vaten in een notendop. Microbiologie moleculair, 37(2), 239-253.
7. Lodish, h., Berk, een., Zipursky, s. L., Matsudaira, p., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Moleculaire celbiologie 4e editie. National Center for Biotechnology Information, boekenplank.
8. Scheffers, D. J., & Pinho, m. G. (2005). Bacteriële celwandsynthese: nieuwe inzichten uit locatiestudies. Beoordelingen van microbiologie en moleculaire biologie, 69(4), 585-607.
9. Tortora, g. J., Funke, B. R., & Case, c. L. (2016). Microbiologie. Een introductie. Pearson.