BAKTERIYEL HÜCRE DUVARI: ÖZELLIKLER, BIYOSENTEZ, FONKSIYONLAR - BIYOLOJI - 2024

Bakteriyel hücre duvarı bakterilere koruma ve şekil temin sorumlu kompleks ve yarı-sert bir yapıdır. Yapısal olarak peptidoglikan adı verilen bir molekülden oluşur. Bakteri duvarı, basınç değişikliklerine karşı korumaya ek olarak, flagella veya pilis gibi yapılar için bir sabitleme yeri sağlar ve virülans ve hücre hareketliliğiyle ilgili çeşitli özellikleri tanımlar.

Bakterileri hücre duvarı yapılarına göre sınıflandırmak için yaygın olarak kullanılan bir metodoloji Gram boyadır. Bu, kalın duvarlı ve peptidoglikan bakımından zengin bakterilerin mor (gram pozitif) ve lipopolisakkaritlerle çevrili ince duvarlıların pembe (gram negatif) boyadığı mor ve pembe boyaların sistematik bir uygulamasından oluşur.

Kaynak Pixabay.com

Arkeler, algler, mantarlar ve bitkiler gibi diğer organik varlıkların hücre duvarları olmasına rağmen, yapıları ve bileşimleri bakteriyel hücre duvarından büyük ölçüde farklıdır.

Özellikleri ve yapısı

Bakteri duvarı: bir peptidoglikan ağı

Biyolojide genellikle canlılar ile cansızlar arasındaki sınırları plazma zarını kullanarak tanımlarız. Bununla birlikte, ek bir engelle çevrili birçok organizma vardır: hücre duvarı.

Bakterilerde hücre duvarı, murein olarak da bilinen peptidoglikan adı verilen karmaşık ve karmaşık bir makromolekül ağından oluşur.

Ek olarak, duvarda uzunlukları ve yapıları değişen karbonhidratlar ve polipeptitler gibi peptidoglikan ile birleştirilen başka tür maddeler de bulabiliriz.

Kimyasal olarak peptidoglikan, monomerik birimleri N-asetilglukozamin ve N-asetilmuramik (duvar anlamına gelen murus kökünden) olan bir disakkarittir.

Her zaman, N-asetilmuramiye bağlı dört amino asit kalıntısından oluşan tetrapeptitlerden oluşan bir zincir buluruz.

Bakteriyel hücre duvarının yapısı, gram pozitif ve gram negatif olarak bilinen iki şema veya iki genel model izler. Bir sonraki bölümde bu fikri derinlemesine geliştireceğiz.

Hücre duvarının dışındaki yapılar

Genellikle bakterilerin hücre duvarı glikokaliks, flagella, eksenel filamentler, fimbria ve pilis gibi bazı dış yapılarla çevrilidir.

Glikokaliks, duvarı çevreleyen ve değişken bileşimli (polisakkaritler, polipeptitler, vb.) Jelatinimsi bir matristen oluşur. Bazı bakteri türlerinde bu kapsülün bileşimi virülansa katkıda bulunur. Ayrıca biyofilm oluşumunda çok önemli bir bileşendir.

Flagella, şekli bir kamçıya benzeyen ve organizmanın hareketliliğine katkıda bulunan ipliksi yapılardır. Yukarıda bahsedilen filamentlerin geri kalanı, hücre sabitlenmesine, hareketliliğe ve genetik materyalin değişimine katkıda bulunur.

Atipik bakteri hücre duvarları

Yukarıda belirtilen yapı, bakteriyel organizmaların büyük çoğunluğuna genelleştirilebilse de, bu hücre duvarı şemasına uymayan çok özel istisnalar vardır, çünkü bunlar eksiktir veya çok az malzemeye sahiptirler.

Mycoplasma cinsinin üyeleri ve filogenetik olarak ilgili organizmalar, şimdiye kadar kaydedilen en küçük bakteriler arasındadır. Küçük boyutlarından dolayı hücre duvarları yoktur. Aslında, ilk başta bakteri değil virüs olarak kabul edildi.

Bununla birlikte, bu küçük bakterilerin korunmasının bir yolu olmalı. Bunu, hücre parçalanmasına karşı korumaya katkıda bulunan steroller adı verilen özel lipitlerin varlığı sayesinde yaparlar.

Özellikleri

-Bakteri hücre duvarının biyolojik fonksiyonları

Koruma

Bakterilerde hücre duvarının temel işlevi, bir tür dış iskelet işlevi gören (eklembacaklılar gibi) hücreye koruma sağlamaktır.

Bakteriler, içinde önemli miktarda çözünmüş çözünen içerir. Ozmoz fenomeni nedeniyle, onları çevreleyen su, hücreye girmeye çalışarak ozmotik bir basınç oluşturmaya çalışacaktır ve bu, kontrol edilmezse hücrenin parçalanmasına yol açabilir.

Bakteri duvarı olmasaydı, hücrenin içindeki tek koruyucu bariyer, osmoz olgusunun neden olduğu basınca hızla yol açacak olan lipit yapıda kırılgan plazma membranı olurdu.

Bakteri hücre duvarı, oluşabilecek basınç dalgalanmalarına karşı koruyucu bir barikat oluşturarak hücre parçalanmasını önler.

Sertlik ve şekil

Sertleştirici özelliği sayesinde duvar, bakterilerin şekillenmesine yardımcı olur. Bu nedenle, bu elemente göre çeşitli bakteri türleri arasında ayrım yapabiliriz ve bu özelliği, en yaygın morfolojilere (diğerleri arasında kok veya basil) dayalı bir sınıflandırma oluşturmak için kullanabiliriz.

Sabit site

Son olarak, hücre duvarı, flagella gibi motilite ve ankraj ile ilgili diğer yapılar için bir ankraj yeri görevi görür.

-Hücre duvarı uygulamaları

Bu biyolojik işlevlere ek olarak, bakteri duvarı da klinik ve taksonomik uygulamalara sahiptir. Daha sonra göreceğimiz gibi, duvar çeşitli bakteri türlerini ayırt etmek için kullanılır. Ayrıca yapı, bakterinin virülansını ve ne tür antibiyotiğe duyarlı olabileceğini anlamayı mümkün kılar.

Hücre duvarının kimyasal bileşenleri bakterilere özgü olduğundan (insan konakta eksik), bu element antibiyotiklerin geliştirilmesi için potansiyel bir hedeftir.

Gram boyasına göre sınıflandırma

Mikrobiyolojide lekeler yaygın olarak kullanılan prosedürlerdir. Bazıları basittir ve amaçları bir organizmanın varlığını açıkça göstermektir. Bununla birlikte, diğer lekeler, kullanılan boyaların bakteri türüne bağlı olarak reaksiyona girdiği farklı tiptedir.

Mikrobiyolojide en yaygın olarak kullanılan diferansiyel boyalardan biri, 1884 yılında bakteriyolog Hans Christian Gram tarafından geliştirilen bir teknik olan Gram boyadır. Teknik, bakterilerin büyük gruplar halinde sınıflandırılmasına izin verir: gram pozitif ve gram negatif.

Günümüzde, bazı bakteriler renklenmeye düzgün tepki vermemesine rağmen, büyük bir tıbbi kullanım tekniği olarak kabul edilmektedir. Genellikle bakteri gençken ve büyüdüğünde uygulanır.

Gram boyama protokolü

(i) Birincil boyanın uygulanması: Isıyla sabitlenmiş bir numune, temel bir mor boya ile kaplanır, genellikle bunun için kristal menekşe kullanılır. Bu leke, numunede bulunan tüm hücrelere nüfuz eder.

(ii) İyot uygulaması: Kısa bir süre sonra numuneden mor boya çıkarılır ve mordan bir ajan olan iyot uygulanır. Bu aşamada hem gram pozitif hem de negatif bakteriler koyu mor boyanır.

(iii) Yıkama: üçüncü adım, renklendiricinin bir alkol solüsyonu veya bir alkol-aseton karışımı ile yıkanmasını içerir. Bu çözeltiler, yalnızca bazı örneklerden renk çıkarma yeteneğine sahiptir.

(iv) Safranin uygulaması: son olarak, önceki adımda uygulanan çözelti çıkarılır ve başka bir boya, safranin uygulanır. Bu temel bir kırmızı renktir. Bu boya yıkanır ve numune optik mikroskop altında izlenmeye hazır hale gelir.

Gram pozitif bakteri hücre duvarı

Boyamanın (iii) adımında sadece bazı bakteriler mor boyayı tutar ve bunlar gram pozitif bakteriler olarak bilinir. Safraninin rengi onları etkilemez ve renklendirme sonunda bu türe ait olanlar mor gözlenir.

Teorik boyama prensibi, bakteri hücre duvarının yapısına dayanır, çünkü bu, iyotla birlikte bir kompleks oluşturan mor boyanın kaçıp kaçmamasına bağlıdır.

Gram negatif ve pozitif bakteriler arasındaki temel fark, sundukları peptidoglikan miktarıdır. Gram pozitifler, daha sonraki yıkamaya rağmen mor rengi korumalarına izin veren bu bileşiğin kalın bir katmanına sahiptir.

İlk aşamada hücreye giren menekşe kristali, iyotla bir kompleks oluşturur ve bu da onları çevreleyen kalın peptidoglikan tabakası sayesinde alkol yıkamayla kaçmayı zorlaştırır.

Peptidoglikan tabakası ile hücre zarı arasındaki boşluk plazmik boşluk olarak bilinir ve lipoteikoik asitten oluşan granüler bir tabakadan oluşur. Ek olarak, gram pozitif bakteriler, duvara sabitlenmiş bir dizi teikoik asit ile karakterize edilir.

Bu tür bakterilere bir örnek, insanlar için bir patojen olan Staphylococcus aureus türüdür.

Gram negatif bakteri hücre duvarı

Adım (iii) 'ün boyamasını korumayan bakteriler, kural olarak, gram negatiftir. Bu prokaryot grubunu görselleştirmek için ikinci bir boya (safranin) uygulanmasının nedeni budur. Böylece gram negatif bakteriler pembe renkte görünür.

Gram pozitif bakterilerin sahip olduğu kalın peptidoglikan katmanının aksine, negatif bakteriler çok daha ince bir katmana sahiptir. Ek olarak, hücre duvarlarının bir parçası olan bir lipopolisakkarit tabakası sunarlar.

Bir sandviç benzetmesini kullanabiliriz: ekmek iki lipit zarı temsil eder ve iç kısım veya dolgu peptidoglikan olacaktır.

Lipopolisakkarit tabakası üç ana bileşenden oluşur: (1) lipid A, (2) bir polisakkarit çekirdeği ve (3) bir antijen olarak işlev gören polisakkaritler O.

Böyle bir bakteri öldüğünde, endotoksin görevi gören lipid A'yı serbest bırakır. Lipid, diğerleri arasında ateş veya kan damarlarının genişlemesi gibi gram-negatif bakterilerin enfeksiyonlarının neden olduğu semptomlarla ilgilidir.

Bu ince tabaka, ilk aşamada uygulanan mor boyayı tutmaz, çünkü alkolle yıkama lipopolisakkarit tabakasını (ve bununla birlikte boyayı) çıkarır. Gram pozitiflerde belirtilen teikoik asitleri içermezler.

Bakteriyel hücre duvarının bu organizasyon modeline bir örnek, ünlü E. coli bakterisidir.

Gram boyamanın tıbbi sonuçları

Tıbbi açıdan bakteri duvarının yapısını bilmek önemlidir, çünkü gram pozitif bakteriler genellikle penisilin ve sefalosporin gibi antibiyotiklerin uygulanmasıyla kolayca öldürülür.

Aksine, gram negatif bakteriler genellikle lipopolisakkarit bariyerini geçemeyen antibiyotiklerin uygulanmasına dirençlidir.

Diğer renkler

Gram boyası laboratuvarda yaygın olarak bilinmesine ve uygulanmasına rağmen, bakterileri hücre duvarının yapısal yönlerine göre ayırt etmeyi mümkün kılan başka metodolojiler de vardır. Bunlardan biri, duvara balmumu benzeri malzemeler yapıştırılmış bakterilere güçlü bir şekilde bağlanan asit boyamadır.

Bu, özellikle Mycobacterium türlerini diğer bakteri türlerinden ayırmak için kullanılır.

Biyosentez

Bakteri hücre duvarının sentezi, hücrenin sitoplazmasında veya iç zarda gerçekleşebilir. Yapısal birimler sentezlendikten sonra, duvarın montajı bakterilerin dışında ilerler.

Peptidoglikan sentezi, duvarı oluşturan bu makromolekül için öncü görevi görecek nükleotidlerin oluştuğu sitoplazmada meydana gelir.

Sentez, membran lipid bileşiklerinin oluşumunun gerçekleştiği plazma membranında ilerler. Plazma zarının içinde, peptidoglikanı oluşturan birimlerin polimerizasyonu gerçekleşir. Tüm süreç farklı bakteriyel enzimler tarafından desteklenmektedir.

bozulma

Gözyaşı, mukus ve tükürük gibi sıvılarda doğal olarak bulunan bir enzim olan lizozimin enzimatik etkisi sayesinde hücre duvarı bozulabilir.

Bu enzim, gram pozitif bakterilerin duvarlarında daha etkili bir şekilde etki eder, ikincisi parçalanmaya karşı daha savunmasızdır.

Bu enzimin mekanizması, peptidoglikanın monomerik bloklarını bir arada tutan bağların hidrolizinden oluşur.

Arqueas'ta hücre duvarı

Yaşam üç ana alana bölünmüştür: bakteriler, ökaryotlar ve arkeler. İkincisi yüzeysel olarak bakterileri anımsatsa da, hücre duvarlarının doğası farklıdır.

Archaea'da bir hücre duvarı olabilir veya olmayabilir. Kimyasal bileşim varsa, bir dizi polisakkarit ve protein de dahil olmak üzere değişir, ancak şu ana kadar peptidoglikandan oluşan bir duvarı olan hiçbir tür bildirilmemiştir.

Bununla birlikte, psödomurein olarak bilinen bir madde içerebilirler. Gram boyası uygulanırsa, hepsi gram negatif olacaktır. Bu nedenle, arkelerde boyama yararlı değildir.

Referanslar

1. Albers, SV ve Meyer, BH (2011). Archaeal hücre zarfı. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Temel hücre biyolojisi. Garland Bilimi.
3. Cooper, G. (2000). Hücre: Moleküler Bir Yaklaşım. 2. Baskı. Sinauer Associates.
4. Cooper, GM ve Hausman, RE (2007). Hücre: moleküler bir yaklaşım. Washington, DC, Sunderland, MA.
5. Cullimore, DR (2010). Bakteriyel tanımlama için pratik atlas. CRC Basın.
6. Koebnik, R., Locher, KP ve Van Gelder, P. (2000). Bakteriyel dış zar proteinlerinin yapısı ve işlevi: Özetle variller. Moleküler mikrobiyoloji, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D. ve Darnell, J. (2000). Moleküler hücre biyolojisi 4. baskı. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi, Kitaplık.
8. Scheffers, DJ ve Pinho, MG (2005). Bakteriyel hücre duvarı sentezi: yerelleştirme çalışmalarından yeni bilgiler. Mikrobiyoloji ve Moleküler Biyoloji İncelemeleri, 69 (4), 585–607.
9. Tortora, GJ, Funke, BR ve Case, CL (2016). Mikrobiyoloji. Giriş. Pearson.