БАКТЕРИЈСКА ЋЕЛИЈСКА СТИЈЕНКА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, БИОСИНТЕЗА, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Зид бактеријска ћелија је сложен и полу-крута структура, одговорна за пружање заштите и облик бактерије. Структурно је састављен од молекула који се зове пептидогликан. Поред заштите од промена притиска, бактеријски зид пружа место за сидрење за структуре попут флагела или пилиса и дефинише различита својства везана за вируленцију и покретљивост ћелија.

Распрострањена методологија за класификацију бактерија према њиховој структури ћелијске стијенке је мрља по Граму. Састоји се од систематске примене љубичастих и ружичастих боја, где бактерије са дебелим зидом и богатом пептидогликаном обоје љубичасто (грам позитивно) и оне са танком стијенком окруженом липополисахаридима боје ружичасто (грам негативно).

Извор пикабаи.цом

Иако друга органска бића попут археје, алги, гљивица и биљака имају ћелијске зидове, њихова структура и састав се дубоко разликују од ћелија бактеријских ћелија.

Карактеристике и структура

Бактеријски зид: мрежа пептидогликана

У биологији обично дефинишемо границе између живог и неживе користећи плазма мембрану. Међутим, постоје многи организми који су окружени додатном баријером: ћелијским зидом.

Код бактерија ћелијски зид се састоји од замршене и сложене мреже макромолекула названих пептидогликан, такође познатих као муреин.

Поред тога, у зиду можемо наћи и друге врсте супстанци које су комбиноване са пептидогликаном, као што су угљени хидрати и полипептиди који се разликују у дужини и структури.

Хемијски је пептидогликан дисахарид чије су мономерне јединице Н-ацетилглукозамин и Н-ацетилмурамиц (из корена муруса, што значи зид).

Увек налазимо ланац сачињен од тетрапептида, који се састоји од четири аминокиселинска остатка повезана са Н-ацетилмурамичким.

Структура ћелије бактеријске ћелије следи две шеме или два општа обрасца, позната као грам позитивна и грам негативна. У следећем одељку ћемо детаљно развити ову идеју.

Структуре изван ћелијског зида

Обично је ћелијска стијенка бактерија окружена неким спољним структурама, као што су гликокаликс, флагеле, аксијална влакна, фимбрије и стуби.

Гликокаликс се састоји од матрикса сличног желеу који окружује зид и који је променљивог састава (полисахариди, полипептиди итд.). У неким бактеријским сојевима састав ове капсуле доприноси вируленцији. Такође је пресудна компонента у стварању биофилма.

Флагеле су нитасте структуре, чији облик подсећа на бич и доприноси мобилности организма. Остатак горе поменутих филамената доприноси сидрењу ћелија, покретљивости и размени генетског материјала.

Атипичне ћелије бактеријских ћелија

Иако се поменута структура може генерализовати код већине бактеријских организама, постоје врло специфични изузеци који нису у складу са шемом ћелијских зидова, јер им недостају или имају врло мало материјала.

Припадници рода Мицопласма и филогенетски повезани организми су међу најмањим бактеријама икад забиљеженим. Због своје мале величине, немају ћелијску стијенку. У ствари, у почетку су се сматрали вирусима, а не бактеријама.

Међутим, мора постојати неки начин да те мале бактерије добију заштиту. То раде захваљујући присуству посебних липида званих стероли, који доприносе заштити од лизе у ћелији.

Карактеристике

-Биолошке функције бактеријске ћелијске стијенке

Заштита

Главна функција ћелијског зида у бактеријама је да пружа заштиту ћелији, функционишући као врста егзоскелета (попут оне чланконожаца).

Бактерије садрже знатну количину растворених раствора у себи. Због појаве осмозе, вода која их окружује покушаће да уђе у ћелију стварајући осмотски притисак, који ако није контролисан може довести до лизе ћелије.

Да бактеријски зид не постоји, једина заштитна баријера унутар ћелије била би крхка плазма мембрана липидне природе, која би брзо подлегла притиску изазваном појавом осмозе.

Зид бактеријске ћелије формира заштитну барикаду против могућих колебања притиска, које спречавају лизу ћелије.

Крутост и облик

Захваљујући својствима учвршћивања, зид помаже обликовању бактерија. Зато можемо разликовати различите облике бактерија према овом елементу, а ову карактеристику можемо користити и за успостављање класификације засноване на најчешћим морфологијама (међу осталим, кокима или бацилима).

Сидриште

Коначно, ћелијски зид служи као место за сидрење другим структурама везаним за покретљивост и сидрење, попут флагела.

-Целл зидне апликације

Поред ових биолошких функција, бактеријски зид има и клиничку и таксономску примену. Као што ћемо видјети касније, зид се користи за разликовање различитих врста бактерија. Даље, структура омогућава разумевање вируленције бактерије и на какав антибиотик може бити подложан.

Како су хемијске компоненте ћелијског зида јединствене за бактерије (којима недостаје људски домаћин), овај елемент је потенцијална мета за развој антибиотика.

Класификација према Грамовој мрљи

У микробиологији мрље су широко коришћене процедуре. Неки од њих су једноставни и њихова сврха је да јасно покажу присуство организма. Међутим, остале мрље су различитог типа, где коришћене боје реагују у зависности од врсте бактерија.

Једна од најчешће коришћених диференцијалних мрља у микробиологији је мрља по Граму, техника коју је 1884. године развио бактериолог Ханс Цхристиан Грам. Ова техника омогућава да се бактерије сврстају у велике групе: грам позитивне и грам негативне.

Данас се сматра техником од велике медицинске користи, мада неке бактерије не реагују правилно на обојење. Обично се примењује када су бактерије младе и расту.

Протокол за мрљу по Граму

(и) Примјена примарног бојила: топлотно учвршћен узорак прекривен је основним љубичастим бојама, обично се за то користи кристално љубичаста боја. Ова мрља прожима све ћелије које су пронађене у узорку.

(ии) Примена јода: након кратког временског периода, љубичаста боја се уклања из узорка и наноси се јод, средство које лучи. У овој фази су и грам-позитивне и негативне бактерије обојене у дубоко љубичасту боју.

(иии) Прање: трећи корак укључује испирање боје са алкохолним раствором или смешом алкохола-ацетона. Ова решења имају могућност уклањања боје, али само са неких узорака.

(ив) Примена сафранина: на крају се уклања раствор примењен у претходном кораку и наноси се друго бојило, сафранин. Ово је основна црвена боја. Ова боја се испере и узорак је спреман да се посматра под светлошћу оптичког микроскопа.

Грам позитивне ћелије бактерија

У кораку (иии) бојања само неке бактерије задржавају љубичасту боју, а оне су познате и као грам позитивне бактерије. Боја сафранина не утиче на њих, а на крају обојења они који припадају овој врсти примећују љубичасту.

Теоријски принцип бојења заснован је на структури ћелије бактеријске ћелије, јер зависи од тога да ли љубичаста боја истекне или не, што заједно са јодом чини комплекс.

Основна разлика између грам негативних и позитивних бактерија је количина пептидогликана који постоје. Грам позитивни састојци имају дебели слој овог једињења који им омогућава да задрже љубичасту боју, упркос накнадном прању.

Љубичасти кристал који у први корак уђе у ћелију формира комплекс са јодом због чега је тешко избећи алкохолним испирањем, захваљујући дебелом слоју пептидогликана који их окружује.

Простор између пептидогликанског слоја и ћелијске мембране познат је под називом плазматски простор и састоји се од зрнатог слоја састављеног од липотеикоичне киселине. Поред тога, грам позитивне бактерије су карактеристичне по томе што имају низ теикоичних киселина усидрених на зиду.

Пример ове врсте бактерија је врста Стапхилоцоццус ауреус, која је патоген за људе.

Грам негативне ћелије бактерија

Бактерије које не задржавају мрље из корака (иии) су по правилу грам негативне. То је разлог зашто се користи друго бојило (сафранин) за визуелизацију ове групе прокариота. Дакле, грам негативне бактерије изгледају ружичасто.

За разлику од дебелог пептидогликанског слоја који имају грам позитивне бактерије, негативне бактерије имају много тањи слој. Поред тога, они представљају слој липополисахарида који је део њихове ћелијске стијенке.

Можемо користити аналогију сендвича: хлеб представља две липидне мембране а унутрашњост или пуњење би били пептидогликан.

Слој липополисахарида састоји се од три главне компоненте: (1) липид А, (2) језгра полисахарида и (3) полисахариди О, који делују као антиген.

Када таква бактерија умре, она ослобађа липид А, који делује као ендотоксин. Липиди су повезани са симптомима изазваним инфекцијама грам-негативних бактерија, попут грознице или дилатације крвних судова, између осталог.

Овај танки слој не задржава љубичасту боју која се наноси у првом кораку, јер алкохолно испирање уклања слој липополисахарида (и заједно са њим и боја). Не садрже теикоичне киселине поменуте у грам позитивности.

Пример овог обрасца организације ћелије бактерија је позната бактерија Е. цоли.

Медицинске последице флека по Граму

Из медицинске перспективе, важно је знати структуру бактеријског зида, јер се грам-позитивне бактерије обично лако убију применом антибиотика као што су пеницилин и цефалоспорин.

Супротно томе, грам-негативне бактерије су обично отпорне на примену антибиотика који не успеју да продру преко баријере липополисахарида.

Остале боје

Иако је мрља по Граму опште позната и примењена у лабораторији, постоје и друге методологије које омогућавају разликовање бактерија према структурним аспектима ћелијске стијенке. Једна од њих је бојење киселином које се снажно везује за бактерије које на зиду причвршћују воштане материјале.

Ово се користи посебно за разликовање врста микобактерија од осталих врста бактерија.

Биосинтеза

Синтеза ћелијског зида бактерија може се догодити у цитоплазми ћелије или у унутрашњој мембрани. Након што су структурне јединице синтетизоване, монтажа зида се одвија изван бактерија.

Синтеза пептидогликана догађа се у цитоплазми, где се формирају нуклеотиди који ће послужити као прекурсори ове макромолекуле која чини зид.

Синтеза се одвија на плазма мембрани, где се ствара стварање мембранских липидних једињења. Унутар плазма мембране долази до полимеризације јединица које чине пептидогликан. Целом процесу помажу различити бактеријски ензими.

Деградација

Ћелијска стијенка може се разградити захваљујући ензимском деловању лизоцима, ензима који се природно налази у течностима попут суза, слузи и слине.

Овај ензим делује ефикасније на зидовима грам позитивних бактерија, а последње су рањивије на лизу.

Механизам овог ензима састоји се од хидролизе веза које заједно држе мономерне блокове пептидогликана.

Ћелијски зид у Аркуеасу

Живот је подељен у три главне домене: бактерије, еукариоте и археје. Иако последње површно подсећају на бактерије, природа ћелијске стијенке је другачија.

У археама може постојати или не мора бити ћелијски зид. Ако хемијски састав постоји, он варира, укључујући низ полисахарида и протеина, али до сада није забележена врста са зидом састављеним од пептидогликана.

Међутим, могу да садрже супстанцу познату као псеудомуреин. Ако се нанесе Грам мрља, оне ће бити грам негативне. Дакле, бојење није корисно код археја.

Референце

1. Алберс, СВ, и Меиер, БиХ (2011). Овојница археалних ћелија. Натуре Ревиевс Мицробиологи, 9 (6), 414–426.
2. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Рафф, М.,… и Валтер, П. (2013). Битна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
3. Цоопер, Г. (2000). Ћелија: Молекуларни приступ. Друго издање Синауер Ассоциатес.
4. Цоопер, ГМ и Хаусман, РЕ (2007). Ћелија: молекуларни приступ. Васхингтон, ДЦ, Сандерланд, МА.
5. Цуллиморе, ДР (2010). Практични атлас за идентификацију бактерија. ЦРЦ Пресс.
6. Коебник, Р., Лоцхер, КП, и Ван Гелдер, П. (2000). Структура и функција протеина вањске мембране бактерија: барел у љусци. Молекуларна микробиологија, 37 (2), 239–253.
7. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудаира, П., Балтиморе, Д., и Дарнелл, Ј. (2000). Молекуларна ћелијска биологија, четврто издање. Национални центар за информације о биотехнологији, полица за књиге.
8. Сцхефферс, ДЈ, & Пинхо, МГ (2005). Синтеза ћелијских зидова бактерија: нови увиди из студија локализације. Прегледи микробиологије и молекуларне биологије, 69 (4), 585–607.
9. Тортора, ГЈ, Функе, БР, & Цасе, ЦЛ (2016). Микробиологија. Увод. Пеарсон.