Лекция №4 1. Клеточная стенка, форма, строение, функции

Лекция №4
Прокариотическая клетка
План лекции:
1. Клеточная стенка, форма, строение, функции
2. Окраска бактерий по методу Грамма
3. Наружная мембрана, капсула, жгутики, пили и фимбии
1.Клеточная стенка защищает бактерии от внешних воздействий,
придаёт им характерную форму, поддерживает постоянство внутренней
среды и участвует в делении. Через клеточную стенку бактерий
осуществляется транспорт питательных веществ и выделение метаболитов.
На поверхности клеточной стенки располагаются рецепторы для
бактериофагов, бактериоци-нов и различных химических веществ. Структура
и состав элементов клеточной стенки определяет антигенную характеристику
бактерий (по структуре О- и Vi-Аг). Клеточная стенка способна по-разному
воспринимать красители; на этом основаны тинкториальные свойства
бактерий. Нарушение синтеза компонентов клеточной стенки приводит к
гибели бактерии или образованию 1-форм.
Рис.1.
Структура
пептидогликана
(муреина)
Escherichia
coll.
Гетерополимерные цепочки, состоящие из чередующихся остатков Nацитилглюкозамина (N-АцГлю) и N-ацетилмурамовой кислоты (N-АцМур),
связаны между собой аминокислотными мостиками. Слева— детальное
строение фрагмента пептидогликана. Справа — схематическое
изображение структуры однослойного муреи-нового мешка.
2.Метод Грама является универсальным методом окраски и
рекомендуется для окраски прокариотических клеток. Все бактерии по
отношении к этому методу делятся на две группы: грамположительные
(стафилококки, стрептококки, сарцины, коринебактерии, клостридии,
бациллы и другие, окрашивающиеся в фиолетовый цвет) и грам
отрицательные (эшерихии, псевдомонады, нейссерии, сальмонеллы,
клебсиеллы, протеи и другие, окрашивающиеся в розовый цвет).
У грам положительных бактерий основным веществом клеточной стенки (до
90%) является муреин (пептидогликан), в соединении с тейхоевой кислотой и
рубонуклеатом магния. Он располагается в три слоя.
У грамотрицательных бактерий пептидогликан однослойный, его меньше в
клеточной стенке (около 10%), а основной компонент представлен
липополисахаридами. Тейхоевых кислот нет.
Проницаемость клеточной стенки у грам положительных бактерий меньше,
чем у грамотрицательных. Поэтому образовавшийся комплекс: генииан в
полета, йода и пептидогликана у грамположительных бактерий удерживается
в клеточной стенке при обработке этиловым спиртом, тогда как
грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс, обесцвечиваются
спиртом и затем докрашиваются водным фуксином в розовый цвет.
Бактерии, потерявшие клеточную стенку частично или полностью,
называются протопластами, сферопластами, L-формами. Метод Грама не
может быть применен для их идентификации.
3.Опорный каркас клеточной стенки бактерий — пептидогликан
(муреин) — гетерополимер, состоящий из повторяющихся дисахаридных
групп, соединённых поперечными и боковыми цепочками (рис.2.). Остов
молекулы пептидогликана — дисахарид. Его образуют N-ацетилглюкозамин
и N-ацетилмурамовая кислота, соединённые через р-гликозидные связи. К
молекуле N-ацетилмурамовой кислоты присоединяются олигопептиды,
образующие боковые цепочки. Связывание фрагментов пептидогликана
заключается в образовании пептидной связи между терминальным остатком
аминокислотного мостика (D-аланином) с предпоследним остатком
примыкающего
аминокислотного
мостика
(L-лизином
или
диаминопимелиновой кислотой в зависимости от вида бактерии). Боковые
мостики образуют четыре аминокислоты, поперечные (вертикально
связывающие слои пептидогликана) — пять аминокислот. В состав боковых
мостиков также входят уникальные аминокислоты, присутствующие только у
прокариотов, например диаминопимелиновая кислота (у большинства
грамотрицательных бактерий) и D-изомеры глутаминовой кислоты и
аланина. Эти соединения — «ахиллесова пята» бактерий, так как препараты,
ингибирующие синтез компонентов клеточной стенки, обычно безвредны для
растений и животных. Пептидогликан лабилен к действию различных
агентов. В частности, лизоцим гидролизует пептидогликан, расщепляя
гликозидные связи между N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой
кислотой, то есть лизоцим действует как N-ацетилмурамидаза. Пептидазы
расщепляют межпептидные связи, амидазы — связи между N-
ацетилмурамовой кислотой и боковым пептидом (L-аланином). Лизостафин
разрушает поперечные мостики пептидогликанов стафилококков. ВЛактамные антибиотики нарушают связывание боковых мостиков.
Рис.2.
Клеточная
стенка
грамотрицательных
(А)
и
грамположительных (Б) бактерий.
Гетерополимерные
пептидогликановые
цепочки,
соединённые
пептидными связями, образуют гигантскую мешковидную макромолекулу
(«муреиновый мешок»), покрывающую всё тело бактерии. На поверхности
«муреинового мешка» и в его толще располагаются различные вещества,
характер и содержание которых лежит в основе разделения бактерий на
грамположительные и грамотрицателъные (рис.2).