allmän mikrobiologi

lager utanför cellväggen

vad har vi lärt oss hittills när det gäller cellskikt? Alla celler har ett cellmembran. De flesta bakterier har en cellvägg. Men det finns ett par ytterligare lager som bakterier kan eller kanske inte har. Dessa skulle hittas utanför både cellmembranet och cellväggen, om närvarande.

kapsel

en bakteriell kapsel är ett polysackaridskikt som fullständigt omsluter cellen., Det är välorganiserat och tätt packat, vilket förklarar dess motståndskraft mot färgning under mikroskopet. Kapseln erbjuder skydd mot en mängd olika hot mot cellen, såsom uttorkning, hydrofoba giftiga material (dvs tvättmedel) och bakterievirus. Kapseln kan förbättra förmågan hos bakteriella patogener att orsaka sjukdom och kan ge skydd mot fagocytos (engulfment av vita blodkroppar som kallas fagocyter). Slutligen kan det hjälpa till med fastsättning på ytor.,

Slimskikt

ett bakteriellt slimskikt liknar kapseln genom att det typiskt består av polysackarider och det omger helt cellen. Det erbjuder också skydd mot olika hot, såsom uttorkning och antibiotika. Det kan också möjliggöra vidhäftning till ytor. Så, hur skiljer det sig från kapseln? Ett slimskikt är ett lös, oorganiserat skikt som lätt avlägsnas från cellen som gjorde den, i motsats till en kapsel som integrerar fast runt bakteriecellväggen.,

S-Layer

vissa bakterier har ett högt organiserat lager av utsöndrade proteiner eller glykoproteiner som självmonteras i en matris på cellväggens yttre del. Detta regelbundet strukturerade s-skiktet är förankrat i cellväggen, även om det inte anses vara officiellt en del av cellväggen i bakterier. S-lager har mycket viktiga roller för de bakterier som har dem, särskilt inom områdena tillväxt och överlevnad och cellintegritet.,

s lager hjälper till att upprätthålla den totala styvheten hos cellväggen och ytskikten, såväl som cellform, som är viktiga för reproduktion. S lager skyddar cellen från ion / pH-förändringar, osmotisk stress, skadliga enzymer, bakterievirus och predatorbakterier. De kan ge celladhesion till andra celler eller ytor. För patogena bakterier kan de ge skydd mot fagocytos.

strukturer utanför cellväggen

bakterier kan också ha strukturer utanför cellväggen, ofta bundna till cellväggen och / eller cellmembranet., Byggstenarna för dessa strukturer är typiskt gjorda inom cellen och sedan utsöndras förbi cellmembranet och cellväggen, som skall monteras på utsidan av cellen.

Fimbriae (sing. fimbria)

Fimbriae är tunna filamentösa bilagor som sträcker sig från cellen, ofta i tiotals eller hundratals. De består av pilin proteiner och används av cellen för att fästa på ytor. De kan vara särskilt viktiga för patogena bakterier, som använder dem för att fästa vid värdvävnader.

Pili (sing., pilin)

Pili är mycket lik fimbriae (vissa läroböcker använder termerna omväxlande) genom att de är tunna filamentösa bilagor som sträcker sig från cellen och är gjorda av pilin proteiner. Pili kan också användas för fastsättning, till både ytor och värdceller, såsom Neisseria gonoréceller som använder sin pili för att ta tag i spermceller, för passage till nästa mänskliga värd. Så varför skulle vissa forskare bry sig om att skilja mellan fimbriae och pili?,

Pili är vanligtvis längre än fimbriae, med endast 1-2 närvarande på varje cell, men det verkar knappast tillräckligt för att ställa de två strukturerna ifrån varandra. Det kokar verkligen ner till det faktum att några specifika pili deltar i funktioner bortom fastsättning. Den konjugativa pili deltar i processen som kallas konjugering, vilket möjliggör överföring av en liten bit DNA från en donatorcell till en mottagarcell., Typ IV pili spelar en roll i en ovanlig typ av motilitet som kallas ryckande motilitet, där en pilus fäster vid en fast yta och sedan kontraherar, drar bakterien framåt i en ryckig rörelse.

Flagella (sing. flagellum)

bakteriell motilitet tillhandahålls vanligtvis av strukturer som kallas flagella. Den bakteriella flagellum skiljer sig i sammansättning, struktur och funktion från eukaryotisk flagellum, som fungerar som en flexibel piska-liknande svans utnyttja mikrotubuli. Den bakteriella flagellum är stel i naturen och fungerar mer som propellern på en båt.,

det finns tre huvudkomponenter till bakteriell flagellum:

1. filamentet – ett långt tunt tillägg som sträcker sig från cellytan. Filamentet består av protein flagellin och är ihåligt. Flagellinproteiner transkriberas i cellcytoplasman och transporteras sedan över cellmembranet och cellväggen. En bakteriell flagellär filament växer från sin spets (till skillnad från håret på huvudet) och lägger till fler och fler flagellinenheter för att förlänga längden tills rätt storlek uppnås. Flagellinenheterna styrs på plats av ett proteinlock.,
2. kroken – det här är en krökt kopplare som fäster glödtråden till flagellärmotorn.
3. motorn – en roterande motor som spänner både cellmembranet och cellväggen, med ytterligare komponenter för det gramnegativa yttre membranet. Motorn har två komponenter: basalkroppen, som ger rotationen och statorn, vilket ger det vridmoment som är nödvändigt för rotation. Basalkroppen består av en central axel omgiven av proteinringar, två i gram-positiva bakterier och fyra i gram-negativa bakterier., Statorn består av Mot-proteiner som omger ringen(erna) inbäddade i cellmembranet.

Bakteriell Förflyttning

Bakteriell rörelse innebär normalt användning av flagella, även om det finns några andra möjligheter också (till exempel användning av typ IV pili för ryckningar motilitet)., Men säkert är den vanligaste typen av bakteriell rörelse simning, vilket uppnås med användning av en flagellum eller flagella.

Simning

Rotation av den flagellära basala kroppen uppstår på grund av protonmotivkraften, där protoner som ackumuleras på utsidan av cellmembranet drivs genom porer i Mot-proteinerna, interagerar med laddningar i ringproteinerna när de passerar över membranet. Interaktionen gör att basalkroppen roterar och vrider glödtråden som sträcker sig från cellen., Rotation kan ske vid 200-1000 rpm och resultera i hastigheter på 60 celllängder/sekund (för jämförelse, en gepard rör sig med en maximal hastighet av 25 kroppslängder/sekund).

Rotation kan ske medurs (CW) eller moturs (CCW) riktning, med olika resultat till cellen. En bakterie kommer att gå framåt, kallad en ”springa”, när det finns en CCW-rotation och omorientera slumpmässigt, kallad en” tumble ” när det finns en CW-rotation.,

Korkskruvmotilitet

vissa spiralformade bakterier, kända som Spiroketerna, använder en korkskruvmotilitet på grund av deras ovanliga morfologi och flagellär konformation. Dessa gramnegativa bakterier har specialiserad flagella som fäster vid ena änden av cellen, sträcker sig tillbaka genom periplasmen och fäster sedan vid den andra änden av cellen. När dessa endoflagella roterar sätter de torsion på hela cellen, vilket resulterar i en böjningsrörelse som är särskilt effektiv för att gräva genom viskösa vätskor.,

Glidrörlighet

Glidrörlighet är precis som det låter, en långsammare och mer graciös rörelse än de andra formerna som hittills täckts. Glidmotilitet uppvisas av vissa filamentösa eller bacillusbakterier och kräver inte användning av flagella. Det kräver att cellerna är i kontakt med en fast yta, även om mer än en mekanism har identifierats. Vissa celler är beroende av slem framdrivning, där utsöndrade slem driver cellen framåt, där andra celler är beroende av ytskikt proteiner för att dra cellen framåt.,

Chemotaxis

nu när vi har täckt grunderna i den bakteriella flagellarmotorn och mekaniken för bakteriell simning, låt oss kombinera de två ämnena för att prata om kemotaxis eller någon annan typ av skatter (bara inte mina skatter). Kemotaxi avser organismens rörelse mot eller bort från en kemikalie. Du kan också ha fototaxi, där en organism svarar på ljus. I kemotaxi kallas ett gynnsamt ämne (såsom ett näringsämne) som ett attraktionsmedel, medan ett ämne med en negativ effekt på cellen (såsom ett toxin) kallas ett repellant., I avsaknad av antingen en attrahant eller en repellant kommer en cell att engagera sig i en ”slumpmässig promenad”, där den växlar mellan tumlar och körningar, i slutändan kommer ingenstans i synnerhet. I närvaro av en gradient av någon typ blir cellens rörelser förspända, vilket resulterar över tiden i bakteriens rörelse mot ett lockande och bort från eventuella repellanter. Hur går det till?

låt oss först täcka hur en bakterie vet vilken riktning som ska gå. Bakterier är beroende av proteinreceptorer inbäddade i deras membran, kallade kemoreceptorer, som binder specifika molekyler., Bindning resulterar vanligtvis i metylering eller fosforylering av kemoreceptorn, vilket utlöser en utarbetad proteinväg som så småningom påverkar rotationen av flagellärmotorn. Bakterierna engagerar sig i tidsmässig avkänning, där de jämför koncentrationen av ett ämne med koncentrationen erhållen bara några sekunder (eller mikrosekunder) tidigare. På detta sätt samlar de information om orienteringen av ämnets koncentrationsgradient., När en bakterie rör sig närmare de högre koncentrationerna av en attrahant blir körningar (dikterade av CCW flagellar rotation) längre, medan tumling (dikterad av CW flagellar rotation) minskar. Det kommer fortfarande att finnas tillfällen att bakterien kommer att gå i fel riktning bort från en attrahant eftersom tumlande resulterar i en slumpmässig omorientering av cellen, men det kommer inte att gå i fel riktning under mycket lång tid. Den resulterande ”förspända slumpvandringen” gör det möjligt för cellen att snabbt flytta upp gradienten hos en attraktant (eller flytta ner gradienten av ett repellant).,