Caratteristiche della parete cellulare batterica, biosintesi, funzioni

IL Parete cellulare batterica È una struttura complessa e semi -rigida, responsabile della protezione e della forma ai batteri. Strutturalmente, è composto da una molecola chiamata peptidoglicano. Oltre alla protezione delle pressioni, la parete batterica fornisce un sito di ancoraggio per strutture come flagello o pilide e definisce diverse proprietà relative alla virulenza e alla motilità cellulare.

Una metodologia ampiamente usata per classificare i batteri in base alla struttura della loro parete cellulare è la colorazione di Gram. Ciò consiste in un'applicazione sistematica di coloranti viola e rosa, in cui i batteri con parete spessa e ricchi di peptidoglicano sono tinti di viola (grammo positivi) e quelli che hanno una parete fine circondati da lipopolisaccaridi sono tinti di rosa (grammo negativi).

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Sebbene altri esseri organici come archi, alghe, funghi e piante abbiano una parete cellulare, la struttura e la composizione di questi differiscono profondamente dalla parete cellulare batterica.

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Caratteristiche e struttura

La parete batterica: una rete peptidoglicana

In biologia di solito definiamo i confini tra i vivi e i non vivi usando la membrana plasmatica. Tuttavia, ci sono molti organismi che sono circondati da una barriera aggiuntiva: la parete cellulare.

Nei batteri, la parete cellulare è composta da una rete complessa e complessa di una macromolecola chiamata peptidoglicano, nota anche come mureina.

Inoltre, possiamo trovare altri tipi di sostanze sul muro che sono combinate con peptidoglicano, come carboidrati e polipeptidi variano in lunghezza e struttura.

Chimicamente, il peptidoglicano è un disaccaride le cui unità monomeriche sono N-acetilglucosamina e N-acetilmuramica (radice Murus, Cosa significa muro).

Troviamo sempre una catena formata da Tetrapéptides, che consiste in quattro residui di aminoacidi attaccati al N-acetilmico.

La struttura La parete cellulare batterica segue due schemi o due schemi generali, noti come gram positivo e gram negativo. Nella sezione seguente svilupperemo a fondo questa idea.

Strutture esterne alla parete cellulare

Di solito la parete cellulare dei batteri è circondata da alcune strutture esterne, come glycochalix, flagello, filamenti assiali, fimbria e pilis.

Il glycochalix è costituito da una matrice di coerenza gelatinosa che circonda la parete ed è di composizione variabile (polisaccaridi, polipeptidi, ecc.). In alcuni ceppi batterici la composizione di questa capsula contribuisce alla virulenza. È anche una componente cruciale nella formazione di biofilm.

I flagelli sono strutture filamentose, la cui forma ricorda una frusta e contribuisce alla mobilità dell'organismo. Il resto dei suddetti filamenti contribuisce all'ancora della cellula, alla motilità e allo scambio di materiale genetico.

Pareti cellulari batteriche atipiche

Sebbene la struttura sopra menzionata possa essere generalizzata alla stragrande maggioranza degli organismi batterici, ci sono eccezioni molto specifiche che non si adattano a questo schema della parete cellulare, poiché non lo mancano o hanno molto poco materiale.

I membri del genere micoplasma e gli organismi filogeneticamente correlati a questo sono dei batteri più piccoli che sono stati registrati. A causa delle loro piccole dimensioni, non hanno una parete cellulare. In effetti, all'inizio erano considerati virus e non come batteri.

Tuttavia, ci deve essere un modo per cui questi piccoli batteri ottengono protezione. Ciò si ottiene grazie alla presenza di lipidi speciali chiamati steroli, che contribuiscono alla protezione contro la lisi cellulare.

Funzioni

-Funzioni biologiche della parete cellulare batterica

Protezione

La funzione principale della parete cellulare nei batteri è concedere protezione alla cellula, funzionando come una sorta di esoscheletro (come artropodi).

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I batteri contengono una quantità significativa di soluti disciolti all'interno. A causa del fenomeno dell'osmosi, l'acqua circostante proverà ad entrare nella cellula creando una pressione osmotica, che se non controllata può portare alla lisi della cellula.

Se la parete batterica non esistesse, l'unica barriera protettiva dell'interno cellulare sarebbe la fragile membrana plasmatica della natura lipidica, che cederebbe rapidamente alla pressione causata dal fenomeno dell'osmosi.

La parete cellulare batterica forma una barricata di riparo di fronte alle oscillazioni pressanti che possono verificarsi, il che consente di prevenire la lisi cellulare.

Rigidità e forma

Grazie alle sue proprietà di rigidità, il muro aiuta a modellare i batteri. Ecco perché possiamo distinguere tra diverse forme di batteri secondo questo elemento e possiamo usare questa caratteristica per stabilire una classificazione basata sulle morfologie più comuni (noci di cocco o bacilli, tra gli altri).

Sito di ancoraggio

Infine, la parete cellulare funge da sito di ancoraggio per altre strutture relative alla motilità e all'ancoraggio, come flagelli.

-Applicazioni della parete cellulare

Oltre a queste funzioni biologiche, la parete batterica ha anche applicazioni cliniche e tassonomiche. Come vedremo più avanti, il muro viene utilizzato per discriminare tra vari tipi di batteri. Inoltre, la struttura ci consente di comprendere la virulenza dei batteri e che tipo di antibiotico può essere sensibile.

Poiché i componenti chimici della parete cellulare sono unici per i batteri (carenti nell'ospite umano), questo elemento è un potenziale bianco per lo sviluppo degli antibiotici.

Classificazione secondo la colorazione di Gram

In microbiologia, la colorazione sono procedure ampiamente utilizzate. Alcuni di loro sono semplici e il loro scopo è dimostrare chiaramente la presenza di un organismo. Tuttavia, altre colorazioni sono di tipo differenziale, dove i coloranti usati reagiscono a seconda del tipo di batteri.

Una delle colorazioni differenziali più utilizzate in microbiologia è la colorazione di Gram, una tecnica sviluppata nel 1884 dal batteriologo Hans Christian Gram. La tecnica consente di classificare i batteri in grandi gruppi: gram positivo e gram negativo.

Oggi è considerata una tecnica di grande utilità medica, sebbene alcuni batteri non reagiscono correttamente al colore. Di solito viene applicato quando i batteri sono giovani e in crescita.

Protocollo di colorazione Gram

(Yo) Applicazione di tintura primaria: Un campione fisso con calore è coperto da una tintura viola di base, il vetro viola viene solitamente usato per esso. Questo colorante permea tutte le cellule trovate nel campione.

(Ii) Applicazione iodo: Dopo un breve periodo di tempo, la tintura viola viene rimossa dal campione e applica iodio, un agente del morso. In questa fase sia i batteri positivi che quelli negativi sono tinti di un viola intenso.

(Iii) Lavato: Il terzo passo implica la tintura del colorante con una soluzione di alcol o con una miscela di alcol-acetone. Queste soluzioni hanno la capacità di eliminare il colore, ma solo da alcuni campioni.

(IV) Applicazione di safranina: Infine, la soluzione applicata nel passaggio precedente viene eliminata e viene applicata un'altra tintura, la safranina. Questa è una tintura di base rossa. Questo colorante di questo colorante viene lavato e il campione è pronto per essere osservato alla luce del microscopio ottico.

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Gram positivo muro batterico

Nel passaggio (iii) della colorazione, solo alcuni batteri trattengono il colorante viola e quelli sono noti come batteri Gram positivi. Il colore della safranina non li influenza e alla fine della colorazione quelli che appartengono a questo tipo sono osservati viola.

Il principio teorico della colorazione si basa sulla struttura della parete cellulare batterica, poiché ciò dipende dalla fuga o non dalla colorante viola, che forma un complesso insieme allo iodio.

La differenza di base tra i batteri Gram negativi e positivi è la quantità di peptidoglicano che presentano. I grammi positivi hanno uno strato spesso di questo composto che consente loro di trattenere la colorazione viola, nonostante il lavaggio posteriore.

Il cristallo viola che entra nella cellula nel primo passo forma un complesso con lo iodio, il che rende difficile con il lavaggio dell'alcool, grazie allo spesso strato peptidoglicano che li circonda.

Lo spazio tra il peptidoglicano giaceva. Inoltre, i batteri Gram positivi sono caratterizzati da una serie di acidi teicoici ancorati al muro.

Esempio di questo tipo di batteri è la specie Staphylococcus aureus, che è un agente patogeno per l'essere umano.

Parete cellulare batterica gram negativa

I batteri che non trattengono il colore del passaggio (iii) sono, per scarto, il grammo negativo. Questo è il motivo per cui viene applicata una seconda tintura (la safranina) per essere in grado di visualizzare questo gruppo di procarioti. Pertanto, i batteri gram negativi sono osservati da un colore rosa.

A differenza dello spesso strato di peptidoglicano che presentano i batteri grammi positivi, quelli negativi hanno uno strato molto più sottile. Inoltre, hanno uno strato di lipopolisaccaridi che fa parte della loro parete cellulare.

Possiamo usare l'analogia di un panino: il pane rappresenta due membrane lipidiche e l'interno o il ripieno sarebbe il peptidoglicano.

Il lipopolisaccaride giace.

Quando un tale batterio muore, libera i lipidi A, che funzionava come endotossina. Il lipide è correlato alla sintomatologia causata da infezioni di batteri Gram negativi, come la febbre o la dilatazione dei vasi sanguigni, tra gli altri.

Questo strato fine non mantiene la tintura viola applicata nel primo passo, poiché il lavaggio dell'alcool elimina i lipopolisaccaridi (e insieme ad esso la tintura). Non contengono gli acidi teicoici menzionati nei grammi positivi.

Un esempio di questo modello di organizzazione della parete cellulare batterica sono i batteri famosi E. coli.

Conseguenze mediche della tinca del grammo

Dal punto di vista medico è importante conoscere la struttura della parete batterica, poiché i batteri Gram positivi sono generalmente facilmente eliminati applicando antibiotici come la penicillina e la cefalosporina.

Al contrario, i batteri Gram negativi sono generalmente resistenti all'applicazione di antibiotici che non riescono a penetrare nella barriera dei lipopolisaccaridi.

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Altre colorazioni

Sebbene la colorazione di Gram sia ampiamente nota e applicata in laboratorio, ci sono anche altre metodologie che consentono la differenziazione dei batteri secondo gli aspetti strutturali della parete cellulare. Uno di questi è la colorazione acida che sostiene i batteri che hanno il tipo di cera uniti al muro.

Questo è specificamente usato per differenziare le specie da Mycobacterium di altre specie di batteri.

Biosintesi

La sintesi della parete cellulare batterica può verificarsi nel citoplasma della cellula o nella membrana interna. Una volta che le unità strutturali sono sintetizzate, l'assemblaggio della parete procede al di fuori dei batteri.

La sintesi del peptidoglicano si verifica nel citoplasma, in cui si formano nucleotidi che fungeranno da precursori per questa macromolecola che compone la parete.

La sintesi segue il suo percorso nella membrana plasmatica, dove avviene la generazione di composti lipidici di membrana. All'interno della membrana plasmatica, si verifica la polimerizzazione delle unità che compongono il peptidoglicano. L'intero processo è assistito da diversi enzimi batterici.

Degradazione

La parete cellulare può essere degradata grazie all'azione enzimatica del liszima, enzima che si trova naturalmente in fluidi come lacrime, muco e saliva.

Questo enzima agisce in modo più efficiente nelle pareti dei batteri gram positivi, quest'ultimo è più vulnerabile alla lisi.

Il meccanismo di questo enzima è costituito dall'idrolisi dei collegamenti che si tengono insieme ai blocchi monomerici del peptidoglicano.

Parete cellulare negli archi

La vita è divisa in tre settori principali: batteri, eucarioti e archi. Sebbene quest'ultimo ricordi superficialmente i batteri, la natura della loro parete cellulare è diversa.

Negli archi potrebbe esserci una parete cellulare. Nel caso in cui vi sia una composizione chimica, varia a variare una serie di polisaccaridi e proteine, ma finora non è stata segnalata alcuna specie con una parete peptidoglicana.

Tuttavia, possono contenere una sostanza nota come pseudomurein. Nel caso in cui venga applicata la colorazione di Gram, tutto sarà negativo. Pertanto, la colorazione non è utile negli archi.

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