Merkmale der Bakterienzellwand, Biosynthese, Funktionen

Der Bakterienzellwand Es ist eine komplexe und halbwichtig. Strukturell besteht es aus einem Molekül namens Peptidoglycan. Zusätzlich zum Schutz des Drucks bietet die Bakterienwand eine Verankerungsstelle für Strukturen wie Flagella oder Pilis und definiert mehrere Eigenschaften, die sich auf Virulenz und Zellmotilität beziehen.

Eine weit verbreitete Methodik zur Klassifizierung von Bakterien nach der Struktur ihrer Zellwand ist die Färbung von Gram. Dies besteht aus einer systematischen Anwendung von lila und rosa Farbstoffen, bei denen Bakterien mit dicker Wand und reich an Peptidoglycan lila gefärbt sind (gram positiv), und solche mit einer feinen Wand, die von Lipopolysacchariden umgeben ist.

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Obwohl andere organische Wesen wie Bögen, Algen, Pilze und Pflanzen Zellwand haben, unterscheidet sich die Struktur und Zusammensetzung dieser.

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Eigenschaften und Struktur

Die Bakterienwand: ein Peptidoglycan -Netzwerk

In der Biologie definieren wir normalerweise die Grenzen zwischen den Lebenden und den Nicht lebendigen mit der Plasmamembran. Es gibt jedoch viele Organismen, die von einer zusätzlichen Barriere umgeben sind: die Zellwand.

In Bakterien besteht die Zellwand aus einem komplizierten und komplexen Netzwerk eines Makromoleküls namens Peptidoglycan, auch als Mureina bekannt.

Darüber hinaus finden wir andere Arten von Substanzen an der Wand, die mit Peptidoglycan kombiniert sind, wie Kohlenhydrate und Polypeptide, die in Länge und Struktur variieren.

Chemisch gesehen ist Peptidoglycan ein Disaccharid, dessen monomere Einheiten N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuramic (Wurzel Murus, Was bedeutet Wand).

Wir finden immer eine Kette, die von Tetrapéptiden gebildet wird, die aus vier Aminosäureresten besteht.

Die Struktur der Bakterienzellwand folgt zwei Schemata oder zwei allgemeinen Mustern, die als Gram -positiv und gramnegativ bezeichnet werden. Im folgenden Abschnitt werden wir diese Idee gründlich entwickeln.

Strukturen außerhalb der Zellwand

Normalerweise ist die Zellwand von Bakterien von einigen äußeren Strukturen wie Glycalix, Flagellen, axialen Filamenten, Fimbrien und Pilis umgeben.

Die Glycalix besteht aus einer Matrix der gallertartigen Konsistenz, die die Wand umgibt und von variabler Zusammensetzung ist (Polysaccharide, Polypeptide usw.). In einigen Bakterienstämmen trägt die Zusammensetzung dieser Kapsel zur Virulenz bei. Es ist auch eine entscheidende Komponente bei der Bildung von Biofilmen.

Flagella sind filamentöse Strukturen, deren Form eine Peitsche erinnert und zur Mobilität des Organismus beiträgt. Der Rest der oben genannten Filamente trägt zum Anker der Zelle, der Motilität und zum Austausch von genetischem Material bei.

Atypische Bakterienzellwände

Obwohl die oben erwähnte Struktur auf die überwiegende Mehrheit der Bakterienorganismen verallgemeinert werden kann, gibt es sehr spezifische Ausnahmen, die nicht zu diesem Zellwandschema passen, da sie sie fehlen oder nur sehr wenig Material haben.

Die Mitglieder des Genres Mycoplasma und phylogenetisch damit verbundene Organismen sind von den kleinsten Bakterien, die aufgezeichnet wurden. Aufgrund ihrer geringen Größe haben sie keine Zellwand. Tatsächlich wurden sie zunächst als Virus und nicht als Bakterien angesehen.

Es muss jedoch irgendeine Möglichkeit geben, warum diese kleinen Bakterien Schutz erhalten. Dies wird durch das Vorhandensein spezieller Lipide, die als Sterole bezeichnet werden, erreicht, die zum Schutz gegen Zelllyse beitragen.

Funktionen

-Biologische Funktionen der Bakterienzellwand

Schutz

Die Hauptfunktion der Zellwand in Bakterien besteht darin, der Zelle Schutz zu gewähren und als eine Art Exoskelett (wie Arthropoden) fungiert.

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Bakterien enthalten eine signifikante Menge an gelösten gelösten gelösten Stoffe im Inneren. Aufgrund des Phänomens der Osmose versucht das umgebende Wasser, durch den osmotischen Druck in die Zelle zu gelangen, was, wenn sie nicht kontrolliert werden, zur Lyse der Zelle führen kann.

Wenn die Bakterienwand nicht vorhanden wäre, wäre die einzige Schutzbarriere des Zellinnens die fragile Plasmamembran der Lipid Natur, die dem durch das Phänomen der Osmose verursachten Druck schnell nachgeben würde.

Die bakterielle Zellwand bildet eine Barrikade des Schutzes angesichts der möglicherweise auftretenden Oszillationen, die es ermöglicht, die Zelllyse zu verhindern.

Starrheit und Form

Dank der Steifigkeitseigenschaften hilft die Wand die Bakterien, die Bakterien formen. Aus diesem Grund können wir nach diesem Element zwischen verschiedenen Formen von Bakterien unterscheiden, und wir können dieses Merkmal verwenden, um eine Klassifizierung auf der Grundlage der häufigsten Morphologien (Kokosnüsse oder Bacilli) zu etablieren.

Ankerseite

Schließlich dient die Zellwand als Verankerungsstelle für andere Strukturen im Zusammenhang mit Motilität und Verankerung, wie z. B. Geißeln.

-Zellwandanwendungen

Zusätzlich zu diesen biologischen Funktionen hat die Bakterienwand auch klinische und taxonomische Anwendungen. Wie wir später sehen werden, wird die Wand verwendet, um zwischen verschiedenen Arten von Bakterien zu unterscheiden. Darüber hinaus ermöglicht uns die Struktur, die Virulenz der Bakterien zu verstehen und welche Art von Antibiotika anfällig sein kann.

Da die chemischen Bestandteile der Zellwand nur für Bakterien (für den menschlichen Gast) einzigartig sind, ist dieses Element ein potenzielles Weiß für die Antibiotika -Entwicklung.

Klassifizierung nach Grams Färbung

In der Mikrobiologie sind Färbung weit verbreitete Verfahren. Einige von ihnen sind einfach und ihr Ziel ist es, das Vorhandensein eines Organismus klar zu demonstrieren. Eine andere Färbung ist jedoch von einem Differententyp, bei dem verwendete Farbstoffe je nach Art der Bakterien reagieren.

Eine der am häufigsten verwendeten Differentialfärbung in der Mikrobiologie ist die Gram -Färbung, eine Technik, die 1884 vom Bakteriologen Hans Christian Gramm entwickelt wurde. Die Technik ermöglicht es, Bakterien in großen Gruppen zu klassifizieren: Gramm positiv und gramnegativ.

Heutzutage wird es als Technik des großartigen medizinischen Nutzens angesehen, obwohl einige Bakterien nicht richtig auf Farbe reagieren. Es wird normalerweise angewendet, wenn Bakterien jung sind und wachsen.

Gram -Färbungsprotokoll

(Yo) Primärfarbstoffanwendung: Eine mit Wärme befestigte Probe ist mit einem grundlegenden lila Farbstoff bedeckt. Das violettes Glas wird normalerweise dafür verwendet. Dieser Farbstoff durchdringt alle in der Probe gefundenen Zellen.

(Ii) IODO -Anwendung: Nach kurzer Zeit wird der lila Farbstoff aus der Probe entfernt und wendet Jod, einen Bissmittel, an. Zu diesem Zeitpunkt sind sowohl die positiven als auch die negativen Bakterien von einem intensiven Lila gefärbt.

(Iii) Gewaschen: Der dritte Schritt impliziert den Farbstoff des Farbstoffs mit einer Alkohollösung oder mit einer Mischung aus Alkoholaceton. Diese Lösungen haben die Fähigkeit, Farbe zu beseitigen, jedoch nur aus einigen Proben.

(Iv) Safranin -Anwendung: Schließlich wird die im vorherigen Schritt angewendete Lösung beseitigt und ein weiterer Farbstoff wird angewendet, das Safranin. Dies ist ein roter Basisfarbstoff. Dieser Farbstoff dieses Farbstoffs wird gewaschen und die Probe ist bereit, im Licht des optischen Mikroskops beobachtet zu werden.

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Gramm positive Bakterienwand

In der Passage (iii) der Färbung behalten nur einige Bakterien den lila Farbstoff, und diese sind als gram positive Bakterien bekannt. Die Farbe des Safranins betrifft sie nicht und am Ende der Färbung werden diejenigen, die zu diesem Typ gehören, lila beobachtet.

Das theoretische Färbungsprinzip basiert auf der Struktur der Bakterienzellwand, da dies von der Flucht abhängt oder nicht vom lila Farbstoff, der zusammen mit dem Jod einen Komplex bildet.

Der grundlegende Unterschied zwischen gramnegativen und positiven Bakterien ist die Menge an Peptidoglycan, die sie vorhanden sind. Die positiven Gramm haben eine dicke Schicht dieser Verbindung, die es ihnen ermöglicht, die lila Färbung trotz des hinteren Waschens beizubehalten.

Der violette Kristall, der im ersten Schritt in die Zelle eindringt.

Der Raum zwischen dem Peptidoglycan lag lag. Zusätzlich sind grampositive Bakterien durch eine Reihe von Theeiconsäuren gekennzeichnet, die an der Wand verankert sind.

Beispiel für diese Art von Bakterien ist die Spezies Staphylococcus aureus, Welches ist ein Erreger für den Menschen.

Gramm negative Bakterienzellwand

Die Bakterien, die die Farbe des Durchgangs (iii) nicht behalten. Dies ist der Grund, warum ein zweiter Farbstoff (Safranin) angewendet wird, um diese Gruppe von Prokaryoten visualisieren zu können. Somit werden gramnegative Bakterien aus einer rosa Farbe beobachtet.

Im Gegensatz zur dicken Peptidoglycan -Schicht, die die positiven Grammbakterien aufweist, haben die negativen eine viel dünnere Schicht. Zusätzlich haben sie eine Schicht Lipopolysaccharide, die Teil ihrer Zellwand ist.

Wir können die Analogie eines Sandwichs verwenden: Das Brot repräsentiert zwei Lipidmembranen und der Innenraum oder die Füllung wäre das Peptidoglycan.

Die Lipopolysaccharid lag.

Wenn ein solches Bakterium stirbt, befördert das Lipid A, das als Endotoxin fungierte. Das Lipid hängt mit der Symptomatik zusammen.

Diese feine Schicht behält den im ersten Schritt aufgetragenen lila Farbstoff nicht bei, da das Alkoholwaschen die Lipopolysaccharide eliminiert (und zusammen mit dem Farbstoff). Sie enthalten nicht die in den positiven Gramm genannten Theiconsäuren.

Ein Beispiel für dieses Organisationsmuster für bakterielle Zellwand ist die berühmten Bakterien UND. coli.

Medizinische Folgen des Tincion von Gramm

Aus medizinischer Sicht ist es wichtig, die Struktur der Bakterienwand zu kennen.

Im Gegensatz dazu sind gramnegative Bakterien normalerweise gegen die Anwendung von Antibiotika resistent, die in die Barriere von Lipopolysacchariden nicht eindringen können.

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Andere Färben

Obwohl die Färbung von Gram im Labor weithin bekannt und angewendet wird, gibt es auch andere Methoden, die die Unterscheidung von Bakterien nach strukturellen Aspekten der Zellwand ermöglichen. Eine von ihnen ist die saure Färbung, die die Bakterien unterstützt, die Wachs Typ an der Wand vereint haben.

Dies wird speziell verwendet, um Arten von zu unterscheiden Mykobakterium anderer Bakterienarten.

Biosynthese

Die Synthese der Bakterienzellwand kann im Zytoplasma der Zelle oder in der inneren Membran auftreten. Sobald die Struktureinheiten synthetisiert sind, verläuft die Wandbaugruppe außerhalb der Bakterien.

Die Synthese des Peptidoglycans tritt im Zytoplasma auf.

Die Synthese folgt ihrem Weg in der Plasmamembran, wo die Erzeugung von Membranlipidverbindungen stattfindet. In der Plasmamembran tritt die Polymerisation der Einheiten aus, aus denen das Peptidoglycan besteht. Der gesamte Prozess wird durch verschiedene bakterielle Enzyme unterstützt.

Degradierung

Die Zellwand kann dank der enzymatischen Wirkung des Lyszyms, dem Enzym, das natürlich in Flüssigkeiten wie Tränen, Schleim und Speichel zu finden ist, abgebaut werden.

Dieses Enzym wirkt effizienter in den Wänden von gramm positiven Bakterien, wobei letztere anfälliger für Lyse ist.

Der Mechanismus dieses Enzyms besteht aus der Hydrolyse der Verbindungen, die mit den monomeren Blöcken des Peptidoglycan zusammenhalten.

Zellwand in Bögen

Das Leben ist in drei Hauptdomänen unterteilt: Bakterien, Eukaryoten und Bögen. Obwohl sich die letzteren oberflächlich an Bakterien erinnern, ist die Art ihrer Zellwand unterschiedlich.

In den Bögen kann es eine Zellwand geben. Falls es eine chemische Zusammensetzung gibt, variiert sie einschließlich einer Reihe von Polysacchariden und Proteinen, aber bisher wurde keine Spezies mit einer Peptidoglycan -Wand berichtet.

Sie können jedoch eine Substanz enthalten, die als Pseudomurein bekannt ist. Für den Fall, dass die Färbung von Gram angewendet wird, ist alles Gramm negativ. Daher ist Färben in Bögen nicht nützlich.

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