האם יש לפרוקריוטים קירות סלולריים?

תוֹכֶן

• מאפיינים כלליים של תאים
• מבנה תאים פרוקריוטי כללי
• מבנה דופן התא החיידקי
• חיידקים גראם-חיוביים ושליליים
• קירות תאיים חיידקיים גראם
• תפקידן של חומצות טיכואיות
• קירות תאיים חיידקיים גראם-שליליים
• הכלים של חיידקים גראם-שליליים
• קירות תא ארכאהאה
• מדוע קיר הקיר חשוב?
• עמידות לאנטיביוטיקה

פרוקריוטות מייצגים את אחד משני הסיווגים העיקריים של החיים. האחרים הם אאוקריוטות.

הפרוקריוטות נבדלים על ידי רמת המורכבות הנמוכה שלהם. כולם מיקרוסקופיים, אם כי לא בהכרח חד-תאיים. הם מחולקים לתחומים ארכאאה ו חיידקים, אך הרוב המכריע של מיני הפרוקריוטים הידועים הם חיידקים שנמצאים על פני כדור הארץ כ- 3.5 מיליארד שנים.

לתאים פרוקריוטיים אין גרעינים או אברונים הקשורים לקרום. עם זאת, 90 אחוז מהחיידקים קירות תאאשר למעט תאי צמחים וכמה תאים פטרייתיים, חסר תאים אוקיארוטיים. דפנות התא הללו מהוות את שכבת החיידקים החיצונית ביותר ומרכיבות חלק ממנה כמוסת חיידקים.

הם מייצבים ומגנים על התא וחיוניים לחיידקים המסוגלים להדביק תאים מארחים כמו גם את תגובת החיידקים לאנטיביוטיקה.

מאפיינים כלליים של תאים

כל התאים בטבע חולקים תכונות רבות במשותף. אחד מאלה הוא נוכחותו של חיצוני קרום תא, או קרום פלזמה, המהווה את הגבול הפיזי של התא מכל הצדדים. אחר הוא החומר המכונה ציטופלזמה נמצא בתוך קרום התא.

שלישית היא הכללת חומר גנטי בצורה של DNA, או חומצה דאוקסיריבונוקלאית. הרביעי הוא נוכחות של ריבוזומים, המייצרים חלבונים. כל תא חי משתמש ב- ATP (אדנוזין טריפוספט) לצורך אנרגיה.

מבנה תאים פרוקריוטי כללי

מבנה הפרוקריוטות פשוט. בתאים אלה, DNA, במקום להיות ארוז בתוך גרעין הסגור בתוך קרום גרעיני, נמצא יותר רופף בציטופלזמה, בצורה של גוף המכונה גרעין.

זה בדרך כלל בצורה של כרומוזום מעגלי.

הריבוזומים של התא הפרוקריוטי נמצאים פזורים בציטופלזמה של התא, ואילו באיקריוטים, חלקם נמצאים באברונים כמו מערכת גולג'י וה תכנית אנדופלסמה. תפקיד ריבוזומים הוא סינתזת חלבון.

חיידקים מתרבים באמצעות ביקוע בינארי, או פשוט מתפצלים לשניים ומחלקים את רכיבי התא באופן שווה, כולל המידע הגנטי בכרומוזום הקטן וה יחיד.

בניגוד למיטוזה, צורת חלוקת תאים זו אינה דורשת שלבים ברורים.

מבנה דופן התא החיידקי

הפפטידוגליקנים הייחודיים: כל קירות התא הצמחיים וקירות התא החיידקיים מורכבים ברובם משרשראות פחמימות.

אך בעוד שקירות תאים צמחיים מכילים תאית, שתוכלו לראות בהם מרכיבים של מזונות רבים, קירות תאי החיידק מכילים חומר הנקרא פפטידוגליקן, שלא תרצו.

פפטידוגליקן זה, שהוא נמצא רק בפרוקריוטות, מגיע בסוגים שונים; זה נותן לתא בכללותו את צורתו ומעניק הגנה לתא מפני עלבונות מכניים.

פפטידוגליקנים מורכבים מעצם עמוד שדרה הנקרא גליקאן, שמורכב בעצמו חומצה מורמית ו גלוקוזמיןשבשניהם בתורם קבוצות אצטיל קשורות לאטומי החנקן שלהם. הם כוללים גם שרשראות פפטיד של חומצות אמינו המקושרות בין שרשראות פפטידים אחרות, סמוכות.

חוזקו של אינטראקציות "גישור" אלה משתנה במידה רבה בין פפטידוגליקנים שונים ולכן בין חיידקים שונים.

מאפיין זה, כפי שתוכלו לראות, מאפשר לסווג חיידקים לסוגים נבדלים על סמך האופן בו דופן התא שלהם מגיבה לכימיקל מסוים.

הקישורים הקשרים נוצרים על ידי פעולה של אנזים הנקרא א טרנספטידאז, שהיא היעד של קבוצת אנטיביוטיקה המשמשת למאבק במחלות זיהומיות בבני אדם ואורגניזמים אחרים.

חיידקים גראם-חיוביים ושליליים

בעוד שלכל החיידקים יש דופן תאים, הרכבם משתנה מזן למינים בגלל הבדלים בתוכן הפפטידוגליקי שדופן התא שלו עשויה בחלקם או ברובו.

חיידקים עשויים להיות מופרדים לשני סוגים הנקראים גרם חיובי וגרם שלילי.

אלה נקראים על שם הביולוג האנס כריסטיאן גראם, חלוץ בביולוגיה של תאים שפיתח טכניקת מכתים בשנות ה -80 של המאה ה -19, המכונה בכינויה צביעת גראם, שגרם לחיידקים מסוימים להפוך לסגול או כחול ואחרים להפוך לאדומים או ורודים.

סוג החיידק הקודם התפרסם גרם חיובי, ותכונות ההכתמה שלהם ניתן לייחס לעובדה שקירות התא שלהם מכילים חלק מאוד גבוה של פפטידוגליקן ביחס לשלמות הקיר.

החיידקים המוכתמים בצבע אדום או ורוד נקראים גרם שליליוכפי שאפשר לנחש, לחיידקים האלה יש קירות המורכבים מכמויות צנועות עד קטנות של פפטידוגליקן.

בחיידקים שליליים גרם, ממברנה דקה נמצאת מחוץ לדופן התא, ויוצרת את מעטפת תא.

שכבה זו דומה לקרום הפלזמה של התא שנמצא בצד השני של דופן התא, קרוב יותר אל פנים התא. בכמה תאים שליליים גרם, כגון אי - קולי, קרום התא ומעטפת הגרעין באים במגע במקומות מסוימים, וחודרים לפפידוגליקן של הקיר הדק שבין לבין.

מעטפה גרעינית זו מכילה מולקולות המרחיבות כלפי חוץ הנקראות ליפופוליסכרידים, או LPS. מהפנים של ממברנה זו משתרעים ליפופרוטאינים מורין המחוברים בקצה הרחוק אל הצד החיצוני של דופן התא.

קירות תאיים חיידקיים גראם

לחיידקים חיוביים לגרם יש דופן תא עבה פפטידוגליקנית, בעובי של 20 עד 80 ננומטר (ננומטר או מיליארדית מטר).

דוגמאות מכילות סטפילוקוקים, סטרפטוקוקים, לקטובצילים ו Bacillus מינים.

חיידקים אלה מכתימים סגול או אדום, אך בדרך כלל סגול, עם כתם גראם, מכיוון שהפפטידוגליקן שומר על הצבע הסגול המוחל בשלב מוקדם של התהליך כאשר התכשיר נשטף מאוחר יותר באלכוהול.

דופן התא החזקה יותר הזו מציעה לחיידקים גרם-חיוביים הגנה רבה יותר מפני מרבית העלבונות מבחוץ בהשוואה לחיידקים השליליים-גרם, אם כי תוכן פפטידוגליקי גבוה מהאורגניזמים הללו הופך את קירותיהם למבצר חד-ממדי, מה שמייצר את האסטרטגיה הקלה יותר בנוגע להשמדתו.

••• מדע

חיידקים בעלי חיובי גרם בדרך כלל רגישים יותר לאנטיביוטיקה הממקדת את דופן התא מאשר למינים שליליים גרם, מכיוון שהם נחשפים לסביבה לעומת ישיבה מתחת למעטפת התא או בתוכה.

תפקידן של חומצות טיכואיות

שכבות הפפטידוגליקן של חיידקים חיוביים לגרם בדרך כלל עשירות במולקולות הנקראות חומצות טיכואיות, או ת"א.

מדובר בשרשראות פחמימות המגיעות לעבר שכבת הפפטידוגליקן ולעיתים עוברות עליהן.

על פי ההערכה, ת"א מייצבת את הפפטידוגליק סביבו, פשוט על ידי הפיכתו לנוקשה יותר, ולא על ידי הפעלת תכונות כימיות.

TA אחראי בחלקם ליכולתם של חיידקים מסוימים חיוביים לגרם, כמו מינים סטרפטוקוקליים, להיקשר לחלבונים ספציפיים על פני תאי מארחים, מה שמקל על יכולתם לגרום לזיהום ובמקרים רבים למחלות.

כאשר חיידקים או מיקרואורגניזמים אחרים מסוגלים לגרום למחלות זיהומיות, מכנים אותם פתוגני.

דפנות התא של חיידקים של משפחת מיקובקטריהבנוסף להכיל peptidoglycan ו- TAs, יש שכבה "שעווה" חיצונית עשויה חומצות מיקוליות. חיידקים אלה מכונים "מהיר חומצה,מכיוון שנדרשים כתמים מסוג זה כדי לחדור לשכבה שעווה זו כדי לאפשר בדיקה מיקרוסקופית שימושית.

קירות תאיים חיידקיים גראם-שליליים

לחיידקים גרם-שליליים, כמו עמיתיהם החיוביים לגרם, יש קירות תאי פפטידוגליקן.

עם זאת, הקיר דק הרבה יותר, רק בעובי של 5 עד 10 ננומטר. קירות אלה אינם מכתים סגול עם כתם גראם מכיוון שתכולת הפפטידוגליקי הקטנה שלהם פירושה שהקיר אינו יכול לשמור על צבע רב כאשר התכשיר נשטף באלכוהול, וכתוצאה מכך נוצר צבע ורוד או אדמדם.

כפי שצוין לעיל, דופן התא אינה המאוחרת ביותר של חיידקים אלה אלא מכוסה על ידי קרום פלזמה אחר, מעטפת התא או הממברנה החיצונית.

עובי שכבה זו היא בערך 7.5 עד 10 ננומטר, מתחרה או עולה על עובי דופן התא.

ברוב החיידקים השליליים גרם, מעטפת התא קשורה לסוג של מולקולת ליפופרוטאין הנקראת Brauns lipoprotein, אשר בתורו מקושרת לפפטידוגליקן של דופן התא.

הכלים של חיידקים גראם-שליליים

בדרך כלל פחות רגישים חיידקים גראמיים לאנטיביוטיקה שמכוונת לדופן התא מכיוון שהם אינם חשופים לסביבה; יש לה עדיין את הממברנה החיצונית להגנה.

בנוסף, בחיידקים שליליים גרם, מטריצה ​​דמויית ג'ל תופסת את השטח בתוך דופן התא ומחוצה לקרום הפלזמה הנקרא המרחב הפריפלזמי.

המרכיב הפפטידוגליקני בדופן התא של חיידקים שליליים גרם הוא בעובי של כ -4 ננומטר בלבד.

כאשר בקיר תאי חיידקי גרם-חיובי היו יותר פפטידוגליקנים כדי לתת לחומר הקיר שלו, לחיידק גרם-שלילי יש כלים נוספים שנמצאים בממברנה החיצונית שלו.

כל מולקולת LPS מורכבת מליפיד A עשיר בחומצות שומן, פוליסכריד ליבה קטנה ושרשרת צדדית העשויה ממולקולות דומות לסוכר. שרשרת צד O זו מהווה את הצד החיצוני של ה- LPS.

ההרכב המדויק של שרשרת הצד משתנה בין מיני חיידקים שונים.

ניתן לזהות חלקים משרשרת הצדדית O המכונה אנטיגנים באמצעות בדיקות מעבדה לזיהוי זני חיידקים פתוגניים ספציפיים ("זן" הוא תת סוג של מין חיידקי, כמו זן כלב).

קירות תא ארכאהאה

ארצ'אה הם מגוונים יותר מחיידקים וכך גם קירות התא שלהם. יש לציין כי קירות אלה אינם מכילים פפטידוגליקן.

במקום זאת, הם בדרך כלל מכילים מולקולה שנקראת באופן דומה pseudopeptidoglycan, או פסאודומורין. בחומר זה מוחלף חלק מפפטידוגליק רגיל הנקרא NAM בתת-יחידות אחרת.

במקרים מסוימים עשוי להיות שכבה של גליקופרוטאינים או פוליסכרידים שתחליף את דופן התא במקום pseudopeptidoglycan. לבסוף, כמו אצל כמה מינים חיידקיים, חסרים קשתות תא מעט לחלוטין.

Archaea המכילים pseudomurein הם חסרי רגישות לאנטיביוטיקה ממעמד הפניצילין מכיוון שתרופות אלה הינן מעכבי טרנספפטידאז הפועלים להפרעה בסינתזה של פפטידוגליקאן.

בארכיאה אלה, אין סינתזציה של פפטידוגליקנים ולכן שום דבר לפניצילינים לפעול.

מדוע קיר הקיר חשוב?

תאים חיידקיים חסרי דפנות תאים עשויים להיות בעלי מבני שטח נוספים בתא בנוסף לאלה שנדונו, כמו למשל glycocalyces (יחיד הוא גליקוקיקס) ושכבות S.

גליקוקיקס הוא מעיל של מולקולות דומות לסוכר המגיע בשני סוגים עיקריים: כמוסות ו שכבות רפש. קפסולה היא שכבה מסודרת של פוליסכרידים או חלבונים. שכבת רפש מסודרת פחות חזק, והיא פחות מחוברת לדופן התא שמתחת לגליוקוקליקס.

כתוצאה מכך, גליקוקיקס עמיד יותר בפני שטיפתו ואילו ניתן לעקוף ביתר קלות שכבה רזה. שכבת הרפש עשויה להיות מורכבת מפוליסכרידים, גליקופרוטאינים או גליקוליפידים.

וריאציות אנטומיות אלה מקנות משמעות קלינית רבה.

גליקוזיות מאפשרות לתאים להיצמד למשטחים מסוימים, ומסייעים להיווצרות מושבות של אורגניזמים הנקראים biofilms שיכולים ליצור כמה שכבות ולהגן על האנשים בקבוצה. מסיבה זו, רוב החיידקים בטבע חיים בפילומים ביולוגיים הנוצרים מקהילות חיידקים מעורבות. ביו-פילמים פוגעים בפעולה של אנטיביוטיקה כמו גם חומרי חיטוי.

כל התכונות הללו תורמות לקושי לחסל או להפחית חיידקים ולמגר זיהומים.

עמידות לאנטיביוטיקה

זנים חיידקיים העמידים באופן טבעי לאנטיביוטיקה נתונה הודות למוטציה מועילה מקרית "נבחרים" באוכלוסיות אנושיות מכיוון שאלו הם החרקים שנשארו מאחור כאשר הרגישים לאנטיביוטיקה נהרגים, וה"סופרבוגים "הללו מתרבים וממשיכים לגרום למחלות.

כבר בעשור השני של המאה ה -21, מגוון חיידקים שלילי גרם גרם להיות יותר ויותר עמיד לאנטיביוטיקה, מה שהוביל לעלייה במחלות ומוות כתוצאה מזיהומים והעלאת עלויות הטיפול הבריאותי. התנגדות אנטיביוטית היא דוגמא ארכיטיפית לחתך טבעי על סולמות זמן הניתנות לצפייה בבני אדם.

דוגמאות מכילות:

חוקרים רפואיים פועלים להתעדכן בבאגים עמידים במה שמסתכם במירוץ חימוש מיקרוביולוגי.