BAKTERIÁLIS SEJTFAL: JELLEMZŐK, BIOSZINTÉZIS, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A baktériumsejt fal egy összetett és félig merev szerkezet, amelynek feladata a baktériumok védelme és alakja. Szerkezetileg egy peptidoglikán nevű molekulából áll. A nyomásváltozásokkal szembeni védelem mellett a baktériumfal rögzítési helyet is biztosít olyan struktúrákhoz, mint a flagella vagy a pilis, és meghatározza a sejt virulenciájához és mozgékonyságához kapcsolódó különféle tulajdonságokat.

A baktériumok sejtfalszerkezetük szerinti osztályozására széles körben alkalmazott módszer a Gram-folt. Ez a lila és rózsaszínű festékek szisztematikus alkalmazását foglalja magában, ahol vastag falú és peptidoglikánban gazdag baktériumok lila (gram-pozitív), és vékony falú, lipopoliszacharidokkal körülvett baktériumok rózsaszínűek (gram negatív).

Forrás pixabay.com

Bár más szerves lények, például archaea, algák, gombák és növények sejtfallal rendelkeznek, szerkezetük és összetételük alapvetően különbözik a baktériumsejt falától.

Jellemzők és felépítés

A baktériumfal: peptidoglikán-hálózat

A biológiában a plazmamembrán segítségével általában meghatározzuk az határokat az élő és az élettelen között. Vannak sok olyan szervezet, amelyet egy további gát vesz körül: a sejtfal.

A baktériumokban a sejtfal egy peptidoglikánnak nevezett makromolekula bonyolult és összetett hálózatából áll, amely murein néven is ismert.

Ezen túlmenően más típusú anyagokat is találhatunk a falban, amelyeket peptidoglikánnal kombinálunk, például szénhidrátokat és polipeptideket, amelyek hossza és szerkezete eltérő.

Kémiai szempontból a peptidoglikán egy diszacharid, amelynek monomer egységei N-acetil-glükozamin és N-acetilmuramikusak (a murus gyökéréből, ami azt jelenti, hogy a fal).

Mindig találunk egy láncot, amely tetrapeptidekből áll, és négy aminosavmaradékból áll, amelyek N-acetilmuramishoz kapcsolódnak.

A baktériumsejtfal szerkezete két sémát vagy két általános mintát követ, amelyek gram-pozitív és gram-negatív néven ismertek. A következő részben alaposan kidolgozzuk ezt az ötletet.

A sejtfalon kívüli szerkezetek

A baktériumok sejtfalát általában bizonyos külső struktúrák veszik körül, például a glycocalyx, flagella, axiális szálak, fimbriae és pilis.

A glycocalyx zselésszerű mátrixból áll, amely körülveszi a falat, és változó összetételű (poliszacharidok, polipeptidek stb.). Egyes baktériumtörzsekben a kapszula összetétele hozzájárul a virulenciához. Ez a biofilmek kialakításában is döntő fontosságú elem.

A flagella fonalas szerkezetű, amelynek alakja ostorhoz hasonlít, és hozzájárul a szervezet mobilitásához. A fent említett filamentumok többi része hozzájárul a sejtek rögzítéséhez, mozgékonyságához és a genetikai anyag cseréjéhez.

Nem atipikus baktériumsejtek

Noha a fent említett szerkezet általánosítható a baktériumorganizmusok túlnyomó többségére, vannak nagyon különleges kivételek, amelyek nem felelnek meg ennek a sejtfal-sémának, mivel hiányzik vagy nagyon kevés anyag van.

A Mycoplasma nemzetség tagjai és a filogenetikus rokon szervezetek a legkisebb baktériumok közé tartoznak. Kis méretük miatt nincsenek sejtfaluk. Valójában kezdetben vírusnak tekintették őket, és nem baktériumnak.

Ennek a kis baktériumoknak védelmet kell nyújtaniuk valamilyen módon. Ezt a szterinek nevű speciális lipidek jelenléte révén teszik meg, amelyek hozzájárulnak a sejtlízis elleni védelemhez.

Jellemzők

-A baktériumsejtfal biológiai funkciói

Védelem

A baktériumok sejtfalának fő funkciója a sejt védelme, amely egyfajta exoskeletonként működik (mint az ízeltlábúak).

A baktériumok jelentős mennyiségű oldott oldott anyagot tartalmaznak benne. Az ozmózis jelensége miatt az őket körülvevő víz megkísérli bejutni a cellába, ozmotikus nyomást hozva létre, amely ellenõrzés nélkül vezethet a sejt líziséhez.

Ha a baktériumfal nem létezik, az egyetlen védőgát a sejt belsejében a lipid természetű törékeny plazmamembrán lenne, amely gyorsan visszatérne az ozmózis jelensége által okozott nyomáshoz.

A baktériumsejtfal védő barikádot képez a lehetséges nyomásingadozásokkal szemben, amely megakadályozza a sejtlízist.

Merevség és alak

Merevítő tulajdonságainak köszönhetően a fal segít kialakítani a baktériumokat. Ezért különböztethetjük meg a baktériumok különböző formáit ezen elem alapján, és ezt a tulajdonságot felhasználhatjuk a leggyakoribb morfológiákon alapuló osztályozás létrehozására (többek között a cocci vagy a bacilli).

Horgonyhely

Végül, a sejtfal rögzítési helyként szolgál más, a mozgékonysággal és a rögzítéssel kapcsolatos struktúrákhoz, mint például a szárnyas.

-Cell fal alkalmazások

Ezen biológiai funkciók mellett a baktériumfal klinikai és taxonómiai alkalmazásokkal is rendelkezik. Mint később meglátjuk, a falat különféle baktériumok megkülönböztetésére használják. Ezenkívül a felépítés lehetővé teszi a baktériumok virulenciájának megértését és azt, hogy milyen antibiotikumokra fogékony lehet.

Mivel a sejtfal kémiai komponensei egyediek a baktériumokhoz (hiányzik az emberi gazdaszervezetben), ez az elem potenciális célpont az antibiotikumok kifejlesztésében.

Osztályozás a Gram folt alapján

A mikrobiológiában a foltokat széles körben használják. Néhányuk egyszerű, és célja az, hogy világosan megmutassák egy szervezet jelenlétét. Más foltok azonban differenciál típusúak, ahol a felhasznált színezékek a baktériumok típusától függően reagálnak.

Az egyik legszélesebb körben alkalmazott differenciális folt a mikrobiológiában a Gram-folt, amelyet 1884-ben fejlesztett ki Hans Christian Gram bakteriológus. A módszer lehetővé teszi a baktériumok nagy csoportokba sorolását: gram-pozitív és gram-negatív.

Manapság ezt nagyszerű orvosi szempontból hasznos módszernek tekintik, bár egyes baktériumok nem reagálnak megfelelően a színezésre. Általában akkor alkalmazzák, amikor a baktériumok fiatalok és növekvőek.

Gram folt protokoll

i. Az elsődleges festék felhordása: a hővel rögzített mintát egy alapvető lila festékkel fedik le, ehhez általában kristály ibolyát használnak. Ez a folt áthatol a mintában található összes sejtben.

ii. Jód felhordása: rövid idő elteltével a mintából eltávolítják a lila színezéket, és felviszik a jódot, a kórokozó anyagot. Ebben a szakaszban mind a gram-pozitív, mind a negatív baktériumok mély lila színűek.

(iii) Mosás: a harmadik lépés a színezék alkoholos oldattal vagy alkohol-aceton keverékkel történő mosását foglalja magában. Ezek a megoldások képesek eltávolítani a színt, de csak néhány mintából.

iv. A szafranin felhordása: végül az előző lépésben alkalmazott oldatot eltávolítják, és felviszik egy másik festéket, a szafranint. Ez egy alapvető piros szín. Ezt a festéket mossuk, és a minta készen áll az optikai mikroszkóp fényében történő megfigyelésre.

Gram-pozitív baktériumsejtfal

A festés (iii) lépésében csak néhány baktérium tartja meg a lila színezéket, és ezeket gram-pozitív baktériumoknak nevezzük. A szafranin színe nem befolyásolja őket, és a színezés végén az ebbe a típusba tartozók lila színűek.

A festés elméleti elve a bakteriális sejtfal szerkezetén alapul, mivel attól függ, hogy menjen-e a lila festék, amely a jóddal együtt komplexet képez.

A gram-negatív és a pozitív baktériumok közötti alapvető különbség a peptidoglikán mennyisége. A gram-pozitívoknak vastag rétege van ennek a vegyületnek, amely lehetővé teszi számukra a lila szín megőrzését, a későbbi mosás ellenére.

Az első lépésben a sejtbe belépő ibolya kristály komplexet képez a jóddal, ami megnehezíti az alkoholmosóval való kijutást az általuk körülvett vastag peptidoglikán rétegnek köszönhetően.

A peptidoglikán réteg és a sejtmembrán közötti teret plazmikus térnek nevezzük, és egy granulált rétegből áll, amely lipoteiko-savból áll. Ezenkívül a gram-pozitív baktériumokat az jellemzi, hogy egy sor teikohsav van a falhoz rögzítve.

Az ilyen típusú baktériumokra példa a Staphylococcus aureus faj, amely az emberek kórokozója.

Gram-negatív baktériumsejtfal

Azok a baktériumok, amelyek nem tartják meg a (iii) lépés színét, általában gram-negatívak. Ez az oka annak, hogy egy második festéket (szafranint) alkalmaznak a prokarióták e csoportjának megjelenítésére. Így a gram-negatív baktériumok rózsaszínűnek tűnnek.

A gram-pozitív baktériumok vastag peptidoglikán rétegétől eltérően a negatív baktériumok rétege sokkal vékonyabb. Ezen túlmenően egy lipopoliszacharid réteget mutatnak be, amely a sejtfaluk részét képezi.

Használhatjuk a szendvics analógiáját: a kenyér két lipid membránt képvisel, és a belső vagy a töltelék a peptidoglikán lenne.

A lipopoliszacharid réteg három fő komponensből áll: (1) lipid A, (2) poliszacharidok magja és (3) O poliszacharidok, amelyek antigénként működnek.

Amikor egy ilyen baktérium meghal, felszabadítja az A lipidet, amely endotoxinként működik. A lipid a gram-negatív baktériumok fertőzéseinek, például a láznak vagy az erek tágulásának, által okozott tünetekhez kapcsolódik.

Ez a vékony réteg nem tartja meg az első lépésben alkalmazott lila festéket, mivel az alkoholmosó eltávolítja a lipopoliszacharid réteget (és ezzel együtt a festéket). Nem tartalmaznak a gram-pozitívokban említett teicsavakat.

A baktériumsejtfal ilyen szervezeti mintájára példa a híres E. coli baktériumok.

A Gram-folt orvosi következményei

Orvosi szempontból fontos a baktériumfal szerkezetének ismerete, mivel a gram-pozitív baktériumokat általában antibiotikumok, például penicillin és cefalosporin alkalmazásával könnyen meg lehet pusztítani.

Ezzel szemben a gram-negatív baktériumok általában rezisztensek az olyan antibiotikumok alkalmazásával szemben, amelyek nem jutnak át a lipopoliszacharid gáton.

Egyéb színek

Noha a Gram-folt széles körben ismert és alkalmazott a laboratóriumban, vannak más módszerek is, amelyek lehetővé teszik a baktériumok megkülönböztetését a sejtfal szerkezeti szempontjai szerint. Az egyik a savfestés, amely erősen kötődik azokhoz a baktériumokhoz, amelyeknek viaszszerű anyagai kapcsolódnak a falhoz.

Ezt kifejezetten arra használják, hogy megkülönböztesse a Mycobacterium fajokat a többi baktériumtól.

bioszintézise

A baktériumsejt fal szintézise megtörténhet a sejt citoplazmájában vagy a belső membránban. Miután a szerkezeti egységeket szintetizálták, a fal összeszerelése a baktériumokon kívül zajlik.

A peptidoglikán szintézise a citoplazmában zajlik, ahol nukleotidok képződnek, amelyek előfutáraiként szolgálnak a falot alkotó makromolekula számára.

A szintézis a plazmamembránon megy végbe, ahol a membrán lipidvegyületek képződnek. A plazmamembránon belül a peptidoglikánt alkotó egységek polimerizációja történik. Az egész folyamatot különböző bakteriális enzimek segítik.

A lebomlás

A sejtfal lebomlik a lizozim enzimatikus hatásának köszönhetően, amely enzim természetesen megtalálható a folyadékokban, például könnyben, nyálkahártyában és nyálban.

Ez az enzim hatékonyabban hat a gram-pozitív baktériumok falára, ez utóbbi érzékenyebbek a lízisre.

Ennek az enzimnek a mechanizmusa azon kötések hidrolíziséből áll, amelyek a peptidoglikán monomer blokkjait tartják össze.

Sejtfal Arqueasban

Az élet három fő doménre oszlik: baktériumok, eukarióták és archaea. Bár ez utóbbiak felületesen emlékeztetnek a baktériumokra, sejtfaluk jellege eltérő.

Archaea-ban lehet vagy nem lehet sejtfal. Ha a kémiai összetétel létezik, változhat, beleértve a poliszacharidok és fehérjék sorozatát is, de eddig nem számoltak be peptidoglikán falú fajokról.

Tartalmazhatnak azonban pszeudomurein néven ismert anyagot. Ha a Gram-foltot alkalmazzák, akkor mind negatív lesz. Ezért a festés nem hasznos az archaában.

Irodalom

1. Albers, SV és Meyer, BH (2011). A régészeti sejt boríték. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… és Walter, P. (2013). Alapvető sejtbiológia. Garland Science.
3. Cooper, G. (2000). A cella: molekuláris megközelítés. 2. kiadás. Sinauer Associates.
4. Cooper, GM és Hausman, RE (2007). A sejt: molekuláris megközelítés. Washington DC, Sunderland, MA.
5. Cullimore, DR (2010). Gyakorlati atlasz a baktériumok azonosításához. CRC Press.
6. Koebnik, R., Locher, KP, és Van Gelder, P. (2000). A bakteriális külső membránfehérjék felépítése és működése: hordók dióhéjban. Molekuláris mikrobiológia, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., és Darnell, J. (2000). Molekuláris sejtbiológia 4. kiadás. Országos Biotechnológiai Információs Központ, könyvespolc.
8. Scheffers, DJ és Pinho, MG (2005). Bakteriális sejtfal szintézis: új betekintés a lokalizációs vizsgálatokból. Mikrobiológiai és molekuláris biológiai áttekintés, 69 (4), 585–607.
9. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Mikrobiológia. Bevezetés. Pearson.