Inhoud
- Algemene kenmerken van cellen
- Algemene prkaryotische celstructuur
- Structuur van de bacteriële celwand
- Grampositieve en gramnegatieve bacteriën
- Grampositieve bacteriële celwanden
- De rol van teichoïnezuren
- Gram-negatieve bacteriële celwanden
- De hulpmiddelen van gramnegatieve bacteriën
- Archaea Cell Walls
- Waarom is de celwand belangrijk?
- Resistentie tegen antibiotica
prokaryoten vertegenwoordigen een van de twee belangrijkste classificaties van het leven. De anderen zijn de eukaryoten.
Prokaryoten onderscheiden zich door hun lagere complexiteit. Ze zijn allemaal microscopisch klein, maar niet noodzakelijk eencellig. Ze zijn verdeeld in de domeinen archaea en bacteriën, maar de overgrote meerderheid van bekende prokaryote soorten zijn bacteriën, die ongeveer 3,5 miljard jaar op aarde zijn.
Prokaryotische cellen hebben geen kernen of membraangebonden organellen. 90 procent van de bacteriën heeft dat echter wel gevangenismuren, die, met uitzondering van plantencellen en sommige schimmelcellen, eukaryotische cellen missen. Deze celwanden vormen de buitenste laag bacteriën en maken deel uit van de bacteriële capsule.
Ze stabiliseren en beschermen de cel en zijn van vitaal belang voor bacteriën die gastheercellen kunnen infecteren, evenals de reactie van bacteriën op antibiotica.
Algemene kenmerken van cellen
Alle cellen in de natuur hebben veel functies gemeen. Een daarvan is de aanwezigheid van een externe celmembraanof plasma membraan, die de fysieke grens van de cel aan alle kanten vormt. Een andere is de stof die bekend staat als cytoplasma gevonden in het celmembraan.
Een derde is de opname van genetisch materiaal in de vorm van DNA of desoxyribonucleïnezuur. Een vierde is de aanwezigheid van ribosomen, die eiwitten produceren. Elke levende cel gebruikt ATP (adenosinetrifosfaat) voor energie.
Algemene prkaryotische celstructuur
De structuur van prokaryoten is eenvoudig. In deze cellen wordt DNA, eerder dan verpakt in een kern ingesloten in een kernmembraan, losser verzameld in het cytoplasma, in de vorm van een lichaam dat een nucleoid.
Dit is normaal in de vorm van een cirkelvormig chromosoom.
De ribosomen van de prokaryotische cel worden verspreid door het celcytoplasma gevonden, terwijl in eukaryoten sommige ervan in organellen worden gevonden, zoals de Golgi-apparaat en de endoplasmatisch reticulum. De taak van Ribosomen is eiwitsynthese.
Bacteriën reproduceren zich door binaire splijting, of gewoon in tweeën te splitsen en de celcomponenten gelijk te delen, inclusief de genetische informatie in het kleine chromosoom.
In tegenstelling tot mitose, vereist deze vorm van celdeling geen verschillende stadia.
Structuur van de bacteriële celwand
De unieke Peptidoglycanen: Alle plantencelwanden en bacteriële celwanden bestaan voornamelijk uit koolhydraatketens.
Maar terwijl plantencelwanden cellulose bevatten, die je zult zien in de ingrediënten van tal van voedingsmiddelen, bevatten de wanden van bacteriecellen een stof genaamd peptidoglycan, wat u niet zult doen.
Deze peptidoglycan, dat is alleen gevonden in prokaryotes, komt in verschillende soorten; het geeft de cel als geheel zijn vorm en biedt bescherming voor de cel tegen mechanische beledigingen.
Peptidoglycanen bestaan uit een ruggengraat genaamd glycan, die zelf bestaat uit muraminezuur en glucosaminebeide hebben op hun beurt acetylgroepen gehecht aan hun stikstofatomen. Ze omvatten ook peptideketens van aminozuren die zijn verknoopt met andere, nabijgelegen peptideketens.
De sterkte van deze "overbruggende" interacties varieert sterk tussen verschillende peptidoglycanen en daarom tussen verschillende bacteriën.
Zoals u zult zien, kunnen met deze eigenschap bacteriën worden geclassificeerd in verschillende typen op basis van hoe hun celwanden reageren op een bepaalde chemische stof.
De verknopingen worden gevormd door de werking van een enzym genaamd a transpeptidase, dat het doelwit is van een klasse antibiotica die wordt gebruikt om besmettelijke ziekten bij mensen en andere organismen te bestrijden.
Grampositieve en gramnegatieve bacteriën
Hoewel alle bacteriën een celwand hebben, verandert de samenstelling van soort tot soort vanwege verschillen in het peptidoglycaangehalte waarvan de celwanden gedeeltelijk of grotendeels zijn gemaakt.
Bacteriën kunnen worden gescheiden in twee typen, gram-positief en gram-negatief genoemd.
Deze zijn vernoemd naar de bioloog Hans Christian Gram, een pionier in de celbiologie die in de jaren 1880 een kleuringstechniek ontwikkelde, toepasselijk de Gram vlek, waardoor bepaalde bacteriën paars of blauw werden en anderen rood of roze.
Het voormalige type bacterie werd bekend als grampositieveen hun kleureigenschappen zijn te wijten aan het feit dat hun celwanden een zeer hoge fractie peptidoglycan bevatten in verhouding tot de gehele wand.
De rode of roze-kleurende bacteriën staan bekend als gramnegatieve, en zoals je zou kunnen raden, hebben deze bacteriën wanden die uit bescheiden tot kleine hoeveelheden peptidoglycan bestaan.
Bij gramnegatieve bacteriën ligt een dun membraan buiten de celwand en vormt het mobiele envelop.
Deze laag is vergelijkbaar met het plasmamembraan van de cel dat aan de andere kant van de celwand ligt, dichter bij het inwendige van de cel. In sommige gram-negatieve cellen, zoals E coli, het celmembraan en de nucleaire envelop komen op sommige plaatsen zelfs in contact en dringen de peptidoglycan van de dunne wand ertussen binnen.
Deze nucleaire envelop bevat zich naar buiten uitstrekkende moleculen genoemd lipopolysacchariden, of LPS. Uit het inwendige van dit membraan bevinden zich mureïne-lipoproteïnen die aan het uiteinde aan de buitenkant van de celwand zijn bevestigd.
Grampositieve bacteriële celwanden
Grampositieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycan-celwand, ongeveer 20 tot 80 nm (nanometer of een miljardste meter) dik.
Voorbeelden hiervan zijn stafylokokken, streptokokken, lactobacillen en Bacil soorten.
Deze bacteriën vlekken paars of rood, maar meestal paars, met Gram-vlek, omdat de peptidoglycan de violette kleurstof behoudt die vroeg in de procedure wordt aangebracht wanneer het preparaat later met alcohol wordt gewassen.
Deze robuustere celwand biedt grampositieve bacteriën meer bescherming tegen de meeste beledigingen van buitenaf vergeleken met gramnegatieve bacteriën, hoewel de hoog peptidoglycaangehalte van deze organismen maakt hun muren iets van een eendimensionale vesting, wat op zijn beurt een iets gemakkelijkere strategie maakt voor hoe het te vernietigen.
••• SciencingGrampositieve bacteriën zijn over het algemeen gevoeliger voor antibiotica die zich op de celwand richten dan gramnegatieve soorten, omdat het wordt blootgesteld aan de omgeving in tegenstelling tot zitten onder of binnen een celenvelop.
De rol van teichoïnezuren
De peptidoglycaanlagen van grampositieve bacteriën zijn meestal hoog in moleculen genoemd teichoïnezurenof TA.
Dit zijn koolhydraatketens die door en soms voorbij de peptidoglycan-laag reiken.
Aangenomen wordt dat TA de peptidoglycan eromheen stabiliseert door deze simpeler te maken in plaats van chemische eigenschappen uit te oefenen.
TA is gedeeltelijk verantwoordelijk voor het vermogen van bepaalde grampositieve bacteriën, zoals Streptokokken-soorten, om zich te binden aan specifieke eiwitten op het oppervlak van gastheercellen, wat hun vermogen om infecties te veroorzaken en in veel gevallen ziekte mogelijk maakt.
Wanneer bacteriën of andere micro-organismen infectieuze ziekten kunnen veroorzaken, worden ze aangeduid als ziekmakend.
De celwanden van bacteriën van de Mycobacteria-familie, naast het bevatten van peptidoglycan en TA's, hebben een externe "wasachtige" laag gemaakt van mycolzuren. Deze bacteriën staan bekend als 'zuurvaste,"Omdat dergelijke vlekken nodig zijn om deze wasachtige laag binnen te dringen om bruikbaar microscopisch onderzoek mogelijk te maken.
Gram-negatieve bacteriële celwanden
Gram-negatieve bacteriën hebben, net als hun gram-positieve tegenhangers, peptidoglycan-celwanden.
De wand is echter veel dunner, slechts ongeveer 5 tot 10 nm dik. Deze wanden kleuren niet paars met Gram-vlek omdat hun kleinere peptidoglycan-gehalte betekent dat de wand niet veel kleurstof kan behouden wanneer het preparaat wordt gewassen met alcohol, wat uiteindelijk resulteert in een roze of roodachtige kleur.
Zoals hierboven opgemerkt, is de celwand niet de buitenste later van deze bacteriën, maar wordt in plaats daarvan bedekt door een ander plasmamembraan, de celomhulling of het buitenmembraan.
Deze laag is ongeveer 7,5 tot 10 nm dik, rivaliseert of overschrijdt de dikte van de celwand.
In de meeste gramnegatieve bacteriën is de celomhulling gekoppeld aan een type lipoproteïnemolecuul genaamd Brauns lipoproteïne, dat op zijn beurt is gekoppeld aan de peptidoglycan van de celwand.
De hulpmiddelen van gramnegatieve bacteriën
Gram-negatieve bacteriën zijn over het algemeen minder gevoelig voor antibiotica die zich richten op de celwand omdat deze niet worden blootgesteld aan de omgeving; het heeft nog steeds het buitenste membraan voor bescherming.
Bovendien, in gram-negatieve bacteriën, bezet een gelachtige matrix het gebied binnen de celwand en buiten het plasmamembraan dat de periplasmatische ruimte wordt genoemd.
De peptidoglycan-component van de celwand van gram-negatieve bacteriën is slechts ongeveer 4 nm dik.
Waar een grampositieve bacteriële celwand meer peptidoglycanen zou hebben om zijn wandstof te geven, heeft een gramnegatieve bug andere hulpmiddelen in petto in zijn buitenmembraan.
Elk LPS-molecuul is samengesteld uit een vetzuurrijke lipide A-subeenheid, een kleine kern polysaccharide en een O-zijketen gemaakt van suikerachtige moleculen. Deze ketting aan de O-zijde vormt de buitenzijde van de LPS.
De exacte samenstelling van de zijketen varieert tussen verschillende bacteriesoorten.
Delen van de O-zijketen bekend als antigenen kunnen worden geïdentificeerd via laboratoriumtests om specifieke pathogene bacteriestammen te identificeren (een "stam" is een subtype van een bacteriesoort, zoals een hondenras).
Archaea Cell Walls
Archaea zijn meer divers dan bacteriën en dat geldt ook voor hun celwanden. Opmerkelijk is dat deze muren geen peptidoglycan bevatten.
In plaats daarvan bevatten ze meestal een vergelijkbaar molecuul genaamd pseudopeptidoglycanof pseudomurein. In deze stof wordt een deel van de reguliere peptidoglycan genaamd NAM vervangen door een andere subeenheid.
Sommige archaea kunnen in plaats daarvan een laag van hebben glycoproteïnen of polysacchariden die de celwand vervangen in plaats van pseudopeptidoglycan. Tenslotte missen, net als bij sommige bacteriesoorten, een paar archaea helemaal celwanden.
Archaea die pseudomureïne bevatten zijn ongevoelig voor antibiotica van de penicillineklasse omdat deze geneesmiddelen transpeptidaseremmers zijn die interfereren met peptidoglycansynthese.
In deze archaea worden geen peptidoglycanen gesynthetiseerd en daarom is er niets waar penicillines op kunnen reageren.
Waarom is de celwand belangrijk?
Bacteriële cellen zonder celwanden kunnen aanvullende celoppervlakstructuren hebben naast de besproken cellen, zoals glycocalyces (enkelvoud is glycocalyx) en S-lagen.
Een glycocalyx is een laag suikerachtige moleculen die in twee hoofdtypen voorkomt: capsules en slijmlagen. Een capsule is een goed georganiseerde laag polysachariden of eiwitten. Een slijmlaag is minder strak georganiseerd en is minder strak bevestigd aan de onderliggende celwand dan een glycocalyx.
Als gevolg hiervan is een glycocalyx beter bestand tegen wegwassen, terwijl een slijmlaag gemakkelijker kan worden verplaatst. De slijmlaag kan zijn samengesteld uit polysachariden, glycoproteïnen of glycolipiden.
Deze anatomische variaties lenen zich voor een grote klinische betekenis.
Glycocalyces zorgen ervoor dat cellen zich aan bepaalde oppervlakken kunnen hechten en helpen bij de vorming van kolonies van genoemde organismen biofilms die meerdere lagen kunnen vormen en de individuen in de groep beschermen. Om deze reden leven de meeste bacteriën in het wild in biofilms gevormd uit gemengde bacteriegemeenschappen. Biofilms belemmeren de werking van antibiotica en ontsmettingsmiddelen.
Al deze attributen dragen bij aan de moeilijkheid om microben te elimineren of te verminderen en infecties uit te roeien.
Resistentie tegen antibiotica
Bacteriestammen die van nature resistent zijn tegen een bepaald antibioticum dankzij een kans dat voordelige mutaties worden "geselecteerd voor" in menselijke populaties omdat dit de insecten zijn die achterblijven wanneer de voor antibiotica gevoelige soorten worden gedood, en deze "superbugs" vermenigvuldigen en blijven ziekte veroorzaken.
In het tweede decennium van de 21ste eeuw is een verscheidenheid aan gramnegatieve bacteriën steeds resistenter geworden tegen antibiotica, wat heeft geleid tot meer ziekte en sterfte door infecties en hogere kosten voor de gezondheidszorg. Antibioticaresistentie is een archetypisch voorbeeld van natuurlijke doorsnede op voor mensen waarneembare tijdschalen.
Voorbeelden hiervan zijn:
Medische onderzoekers proberen resistente insecten bij te houden in wat neerkomt op een microbiologische wapenwedloop.