Wykład 2 11.10.2012
T : BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ cz.2.
BA
ONA CYTOPLAZMATYCZNA
ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII.
BA
ONA CYTOPLAZMATYCZNA
* Stanowi bezpośrednią osłonę cytoplazmy
* skład :
- 70% białek
- 30% fosfolipidy + węglowodany
nasycone kwasy tłuszczowe w lipidach ---> mezofile i termofile
nienasycone kwasy tłuszczowe w lipidach ---> tylko psychrofile
* Funkcje fizjologiczne :
+ pobieranie wody ---> dyfuzja
+ pobieranie substancji odżywczych :
transport bierny wnikanie na zasadzie różnicy stężeń w komórce
i środowisku zewnętrznym
transport aktywny pobieranie składników odżywczych (np. laktozy,
galaktozy, aminokwasów) w kierunku przeciw -
-nym do gradientu stężeń, za pomocą przenośni-
-ków enzymatycznych (białek transportowych),
tzw. permeaz zlokalizowanych w błonie cytopla
-zmatycznej. Dla każdej substancji istnieje
swoista permeaza.
+ wydzielanie zewnątrzkomórkowych i periplazmatycznych substancji na
zewnątrz (enzymów, toksyn)
+ oddychanie i magazynowanie energii ---> miejsce lokalizacji przenośni -
-ków elektronów
+ udział w biosyntezie ściany komórkowej (peptydoglikanu, kwasów tejcho-
-jowych, składników błony zewnętrznej) i podziale komórki (tworzenie
przegrody) miejsce syntezy i transportu prekursorów, tj. enzymów i nośni-
-ków.
+ regulacja segregacji materiału genetycznego (DNA chromosonalnego i
plazmidowego) do komórek potomnych
+ swoiste receptory umieszczone na błonie cytoplazmatycznej, mogą
uczestniczyć w chemotoksji (ruch w kierunku optymalnego gradientu
stężeń) i aerotaksji (ruch w kierunku optymalnego stężenia tlenu).
1
 ŚCIANA KOMÓRKOWA
* Elastyczna struktura nadająca komórce bakteryjnej określony kształt
* Ogranicza objętość komórki bakteryjnej
* Działa jak sito molekularne - nie przepuszcza pewnych cząsteczek (np. leków), a
przepuszcza inne substancje niskocząsteczkowe i sole mineralne
* Stanowi ochronę mechaniczną komórki
* Stanowi barierę ochronną przed czynnikami zewnętrznymi - fizycznymi i chemicznymi
* Stanowi ochronę przed innymi mikroorganizmami
* Pobudza układ immunologiczny makroorganizmu
BUDOWA ŚCIANY KOMÓRKOWEJ BAKTERII
1) część sztywna (szkielet ściany)
2) część plastyczna
ad.1. część sztywna - PEPTOGLIKAN
* Heteropolimer
* Złożony z długich, nierozgałęzionych łańcuchów polisacharydowych, w których na
przemian występują połączone liniowo cząsteczki:
+ N-acetyloglukozaminy (GlcNAc)
+ i kwasu N-acetylomuraminowego (MurNAc)
Połączone są ze sobą wiązaniami B-1,4-glikozydowymi.
+ Kwas N-acetylomuraminowy ma przyłączoną do reszty octanowej cząsteczkę peptydową
zawierającą aminokwasy:
- L-alaninę (L-Ala),
- kwas D-glutaminowy (D-Glu),
- kwas mezo-diaminopimelinowy (m-Dpm)
- oraz D-alaninę (D-Ala)
Peptyd charakteryzuje się możliwością tworzenia bocznych wiązań peptydowych, które
łączą dodatkowe dwa łańcuchy heteropolimeru.
Polimer peptydoglikanu tworzy cząsteczkę, zwaną woreczkiem mureinowym (mureina)
N-acetyloglukozamina, kwas N-acetylomuraminowy, kwas mezo-diaminopimelinowy
oraz D-alanina nie występują u roślin i zwierząt !!!!!!!!!
ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII GRAM DODATNICH :
* grubość ściany komórkowej wynosi 20-80 nm
* budowa peptydoglikanu (mureina) + kwasy tejchojowe
* jest wielowarstwowa ---> składa się z około 40 warstw połaczonych poprzecznymi
wiązaniami 2
CZ
ŚĆ SZTYWNA :
* mureina tworzy siatkę trójwymiarową
* stanowi 40-90% suchej masy ściany komorkowej
* u wszystkich G+ bakterii występują polimery N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylo -
- muraminowego. Różnice mogą dotyczyć długości mostków peptydowych i składu amino
- kwasowego.
Komórka bakteryjna pozbawiona ściany komórkowej staje się kolista i nosi nazwę
protoplastu. Protoplast jest wrażliwy na ciśnienie osmotyczne środowiska i jest niezdolny do
prawidłowego funkcjonowania.
CZ
ŚĆ PLASTYCZNA:
1) Kwasy tejchojowe
* przyłączone do mureiny kwasy tejchojowe - polimery zbudowane z łańcuchów,
złożonych z 8-50 cząsteczek glicerolu lub rybitolu, czasami również erytrytolu oraz
mannitolu
* poszczególne monomery są połączone wiązaniami fosfodiestrowymi ze względu na duże
ilości fosforu występującego w kwasach tejchojowych, brak tego pierwiastka nie pozwala
na syntezę tych związków. Wytwarzane są wtedy kwasy tejchuronowe, złożone z
utlenionych form cukrów
* kwasy tejchojowe i tejchuronowe przechodzą w poprzek ściany komórkowej.
* Kwasy tejchojowe stanowią do 50% suchej masy ściany komórkowej :
+ Rybitolowy kwas tejchojowy
(kwas tejchojowy ściany komórkowej)
- związany z grupą 6-hydroksylową kwasu-N-acetylomuraminowego
- rola biologiczna: indukcja reakcji immunologicznych
makroorganizmu
+ Glicerolowy kwas tejchojowy
(kwas lipotejchojowy ściany komórkowej)
- połączony z glikolipidami błony
- rola biologiczna: niebiałkowa toksyna, udział w adhezji
2) Polisacharydy oraz białka
* są silnymi antygenami
* znajdują sie glównie na zewnętrznej powierzchni ściany komórkowej
* zmienność ich struktury odpowiada za zmienność serotypową bakterii G+
* mogą pełnić funkcje :
- adhezyn (przyleganie komorki do podłoża lub komórek gospodarza)
- enzymów i inwazyn (zdolność wnikania bakterii do kom. gospodarza)
- mogą chronić bakterie przed zlizowaniem przez dopełniacz
- są odpowiedzialne za chorobotwórcze właściw. chorobotwórcze bakterii 3
 ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII GRAM UJEMNYCH :
* grubość ściany komórkowej wynosi 2-10 nm
* ma bardziej złożoną budowę niż ściana bakterii G+ :
peptoglikan (mureina) + błona zewnętrzna
* jest cieńsza, bardziej elastyczna niż ściana komórkowa bakterii G+
* jest jednowarstwowa (ale może być zbudowana także z 2-3 warstw peptydoglikanu)
CZ
ŚĆ SZTYWNA :
* mureina tworzy dwuwymiarową siatkę
* stanowi mniej niż 5-10% suchej masy ściany komórkowej
* peptydoglikan jest związany z błoną cytoplazmatyczną za pomocą wiązań jonowych,
natomiast z błoną zewnętrzną za pomocą lipoprotein.
CZ
ŚĆ PLASTYCZNA :
1) Błona zewnętrzna
* zbudowana z:
- białek,
- fosfolipidów,
- lipopolisacharydów (LPS),
- lipoprotein
* dominująca część ściany
* między błoną cytoplazmatyczną a mureiną - znajduje się przestrzeń peryplazmatyczna,
w której zlokalizowane są enzymy, biorące udział m.in. :
- w rozkładzie substratów,
- wykorzystywaniu związków nieorganicznych,
- w rozkładzie białek, polisacharydów, kwasów nukleinowych
- wiąże penicyliny i acetylazy
- oraz B-laktanoza degraduje antybiotyki B-laktanowe
* błona zewnętrzna nie przepuszcza składników hydrofobowych i jest oporna na działanie
detergentów. Przepuszcza natomiast cząstki hydrofilne o ograniczonych wielkościach,
uwarunkowanych średnicą kanałów porynowych.
a) Białka
* 70% ogółu białek w błonie zewnętrznej - są związane z LPS, ze sobą i z lipoproteiną mureinową:
* białka o funkcji transportowej (poryny) - tworzą w błonie kanały, które pozwalają na wniknięcie
do komórki niskocząsteczkowych substancji hydrofilowych. Białka porynowe tworzą kanały
porynowe, łączące przestrzeń peryplazmatyczną ze środowiskiem zewnętrznym. Przez kanał mogą
penetrować różne związki w tym antybiotyki. W przestrzenni peryplazmatycznej występują białka
wiążące penicyliny i acetylazy.
* białka transportujące (transport żelaza, witaminy B12, cukrów prostych)
* kanały porynowe (wybiórcze i niewybiórcze) łączą przestrzeń peryplazmatyczną ze
środowiska zewnętrznego przez kanały mogące penetrować różne związki w tym
antybiotyki.
 b) Fosfolipidy
* tworzą dwie warstwy, których regiony hydrofobowe skierowane są do siebie
* błona zewnętrzna nie przepuszcza składników hydrofobowych
* jest oporna na działanie detergentów - wiele bakterii Gram-ujemnych rośnie w ich
obecności.
c) Lipopolisacharydy (LPS)
* polimery zbudowane z 3 strukturalnie odmiennych regionów, połaczonych ze sobą
wiązaniami kowalencyjnymi :
- lipid A
- oligocukier rdzeniowy
- wielocukier o swoistości antygenowej O (antygen somatyczny - najbardziej
zewnętrzna część LPS)
* zależności :
1) bakterie zawierajace typowy łańcuch LPS tworzą kolonie gładkie (S)
2) bakterie, które utraciły antygen O, tworzą kolonie szorstkie (R)
Chorobotwórcze bakterie przechodzące konwersję z S do R, mogą także utracić zjadliwość.
Z uwagi na znajdujący się w LPS czynnik toksyczny (wielocukier i/lub lipid A), będący
integralną częścią ściany komórkowej, jest nazwywany endotoksyną - toksyną
lipopolisacharydową.
LPS to najbardziej efektywne endotoksyny bakterii, wywołujące gorączkę i biegunkę.
Endotoksyny bakterii Gram-ujemnych są toksyczne dla ssaków.
Endotoksyna - wywołuje wiele objawów, m. in.:
- wstrząs endotoksyczny (wstrząs septyczny)
- miejscowe reakcje skórne
- gorączkę (pirogenność)
- leukocytozę
- obniżenie ciśnienia krwi
- indukcję nieswoistej odporności na zakażenie
Znikome ilości endotoksyny są w wyjałowionych roztworach do wlewów dożylnych mogą
być powodem efektu pirogennego. Konieczne jest dlatego badanie płynów infuzyjnych pod
względem obecności endotoksyny.
d) Lipoproteiny
* ich główna funkcja to utrzymanie na miejscu innych białek błony zewnętrznej
* część białkowa lipoproteiny jest kowalencyjnie związana z mureiną, a lipidowa znajduje
się w błonie zewnętrznej  przyczepiona przy pomocy hydrofobowych wiązań do
fosfolipidów błony zewnętrznej.
5
 PORÓWNANIE BUDOWY ŚCIANY KOMÓRKOWEJ BAKTERII G+ I G- :
G+ G-
Grubość ściany 20-80 nm 2-10 nm
wielowarstwowa jednowarstwowa (może być
około 40 warstw 2-3 warstwowa), cieńsza,
bardziej elastyczna
Mureina tworzy siatkę trójwymiarową tworzy siatkę dwuwymiarową
stanowi 40-90% stanowi 5-10%
Część plastyczna Kwasy tejchojowe : Błona zewnętrzna :
- rybitolowy - białka
- glicerolowy - fosfolipidy
Polisacharydy - LPS
Białka - lipoproteiny
BAKTERIE O NIETYPOWEJ ŚCIANIE KOMÓRKOWEJ :
* U niektórych bakterii :
- Mycobacterium,
- Corynebacterium,
- Rhodococcus,
- Nocardia
występują w ścianie komórkowej kwasy mykolowe (wolne kwasy tłuszczowe).
* U Streptococcus pyogenes występują białka nie tworzące struktury błonowej.
* U Streptococcus pneumoniae zamiast choliny (składnika kwasów tejchojowych)
występuje etanoloamina - po podziale komórek nie tworzą się dwoinki, ale długie łańcuchy.
* Mutanty Bacillus subtilis i S. aureus nie mające kwasów tejchojowych; są zdolne do
życia, ale zaburzone są procesy podziałów komórkowych.
* Kwasy mykolowe i krótkie łańcuchy kwasów tłuszczowych formują pseudo błonę
zewnętrzną (są odpowiedzialne za cechy bearwności komórek)
* Ściana ma charakter hydrofobowy ---> jest nieprzepuszczalna dla stosowanych w wielu
metodach barwienia anilinowych barwników zasadowych.
6