Prokaryotes
vertegenwoordigen een van de twee belangrijkste classificaties van het leven. De anderen zijn de eukaryoten
.

Prokaryoten onderscheiden zich door hun lagere complexiteit. Ze zijn allemaal microscopisch klein, maar niet noodzakelijk eencellig. Ze zijn onderverdeeld in de domeinen archaea
en bacteriën,
maar de overgrote meerderheid van bekende prokaryote soorten zijn bacteriën, die al ongeveer 3,5 miljard jaar op aarde zijn.

Prokaryotische cellen hebben geen kernen of membraangebonden organellen. 90 procent van de bacteriën heeft echter celwanden, die, met uitzondering van plantencellen en sommige schimmelcellen, eukaryotische cellen missen. Deze celwanden vormen de buitenste laag bacteriën en maken deel uit van de bacteriële capsule
.

Ze stabiliseren en beschermen de cel en zijn van vitaal belang voor bacteriën die gastheercellen kunnen infecteren, evenals de reactie van de bacterie op antibiotica.
Algemene kenmerken van cellen

Alle cellen in de natuur hebben veel kenmerken gemeen. Een daarvan is de aanwezigheid van een extern celmembraan
, of plasmamembraan
, dat de fysieke grens van de cel aan alle kanten vormt. Een andere is de stof die bekend staat als cytoplasma
gevonden in het celmembraan.

Een derde is de opname van genetisch materiaal in de vorm van DNA,
of deoxyribonucleic zuur
. Een vierde is de aanwezigheid van ribosomen
, die eiwitten produceren. Elke levende cel gebruikt ATP (adenosinetrifosfaat) voor energie.
Algemene prokaryotische celstructuur

De structuur van prokaryoten is eenvoudig. In deze cellen wordt DNA, in plaats van verpakt in een kern ingesloten in een kernmembraan, losser gevonden in het cytoplasma, in de vorm van een lichaam dat een nucleoid
wordt genoemd.

Dit is normaal in de vorm van een cirkelvormig chromosoom.

De ribosomen van de prokaryotische cel worden verspreid door het celcytoplasma gevonden, terwijl in eukaryoten sommige ervan worden aangetroffen in organellen zoals het Golgi-apparaat
en het endoplasmatisch reticulum
. De taak van Ribosomen is de eiwitsynthese.

Bacteriën reproduceren door binaire splijting, of door eenvoudigweg in tweeën te splitsen en de celcomponenten gelijk te delen, inclusief de genetische informatie in het enkele kleine chromosoom.

In tegenstelling tot mitose, deze vorm van celdeling vereist geen afzonderlijke stadia.
Structuur van de bacteriële celwand

De unieke peptidoglycanen: alle plantencelwanden en bacteriële celwanden bestaan voornamelijk uit koolhydraatketens.

Maar terwijl plantencelwanden cellulose bevatten, die je zult zien in de ingrediënten van tal van voedingsmiddelen, bevatten de wanden van bacteriecellen een stof genaamd peptidoglycan, die je niet zult vinden.

Deze peptidoglycan, die alleen voorkomt in prokaryoten, komt in verschillende soorten; het geeft de cel als geheel zijn vorm en biedt bescherming voor de cel tegen mechanische beledigingen.

Peptidoglycanen bestaan uit een ruggengraat genaamd glycan
, die zelf bestaat uit muraminezuur
en glucosamine
, die beide op hun beurt acetylgroepen hebben gehecht aan hun stikstofatomen. Ze omvatten ook peptideketens van aminozuren die zijn verknoopt met andere, nabijgelegen peptideketens.

De sterkte van deze "overbruggende" interacties varieert sterk tussen verschillende peptidoglycanen en dus tussen verschillende bacteriën.

Zoals u zult zien, kunnen bacteriën worden geclassificeerd in verschillende typen op basis van hoe hun celwanden reageren op een bepaalde chemische stof.

De kruisverbindingen worden gevormd door de werking van een enzym dat een transpeptidase
, het doelwit van een klasse antibiotica die wordt gebruikt om infectieziekten bij mensen en andere organismen te bestrijden.
Gram-positieve en gram-negatieve bacteriën

Terwijl alle bacteriën een celwand, de samenstelling verandert van soort in soort vanwege verschillen in het peptidoglycaangehalte waarvan de celwanden gedeeltelijk of grotendeels zijn gemaakt.

Bacteriën kunnen worden gescheiden in twee soorten, grampositief en gramnegatief genoemd.

Deze zijn vernoemd naar de bioloog Hans Christian Gram, een pionier in de celbiologie die in de jaren 1880 een kleuringstechniek ontwikkelde, toepasselijk de Gram-vlek genoemd, die ervoor zorgde dat bepaalde bacteriën paars of blauw werden en andere rood of roze.

Het voormalige type bacterie werd bekend als grampositief en hun kleuringseigenschappen zijn te wijten aan het feit dat hun celwanden een zeer hoge fractie peptidoglycan bevatten ten opzichte van de gehele wand.

De rode of roze vlekken bacteriën staan bekend als gram-negatieve, en zoals je zou kunnen raden, hebben deze bacteriën wanden die uit bescheiden tot kleine hoeveelheden peptidoglycan bestaan.

In gram-negatieve bacteriën ligt een dun membraan buiten de celwand, waardoor de celenvelop
.

Deze laag is vergelijkbaar met het plasmamembraan van de cel dat aan de andere kant van de celwand ligt, dichter bij het inwendige van de cel. In sommige gram-negatieve cellen, zoals E. coli
, het celmembraan en de nucleaire envelop komen op sommige plaatsen zelfs in contact en dringen de peptidoglycan van de dunne wand ertussen in.

Deze nucleaire envelop bevat zich naar buiten uitstrekkende moleculen genaamd lipopolysachariden, of LPS. Uit het inwendige van dit membraan bevinden zich mureïne-lipoproteïnen die aan het uiteinde aan de buitenkant van de celwand zijn bevestigd.
Gram-positieve bacteriële celwanden

Gram-positieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycan-celwand , ongeveer 20 tot 80 nm (nanometer of een miljardste van een meter) dik.

Voorbeelden zijn stafylokokken, streptokokken, lactobacillen en Bacillus-soorten.

Deze bacteriën kleuren paars of rood, maar meestal paars, met Gram-vlek, omdat de peptidoglycan de violette kleurstof behoudt die vroeg in de procedure wordt aangebracht wanneer het preparaat later met alcohol wordt gewassen.

Deze robuustere celwand biedt grampositieve bacteriën meer bescherming tegen de meeste beledigingen van buitenaf vergeleken tot gramnegatieve bacteriën, hoewel het hoge peptidoglycaangehalte van deze organismen hun muren tot een eendimensionaal fort maakt, wat op zijn beurt een iets gemakkelijkere strategie oplevert voor de vernietiging ervan.
••• Sciencing

Gram -positieve bacterie ik ben over het algemeen gevoeliger voor antibiotica die zich op de celwand richten dan gramnegatieve soorten, omdat het wordt blootgesteld aan het milieu in plaats van onder of in een cel te zitten.
De rol van teichoïnezuren

De peptidoglycaanlagen van grampositieve bacteriën zijn meestal rijk aan moleculen die teichoïnezuren worden genoemd, of TA's
.

Dit zijn koolhydraatketens die doorkomen en soms voorbij de peptidoglycan-laag.

TA wordt verondersteld de peptidoglycan eromheen te stabiliseren door het simpeler te maken in plaats van chemische eigenschappen uit te oefenen.

TA is gedeeltelijk verantwoordelijk voor het vermogen van bepaalde grampositieve bacteriën, zoals Streptokokken-soorten, om zich te binden aan specifieke eiwitten op het oppervlak van gastheercellen, wat hun vermogen om infecties te veroorzaken en in veel gevallen ziekte mogelijk maakt.

Wanneer bacteriën of andere micro-organismen in staat zijn om die een besmettelijke ziekte veroorzaken, worden ze pathoge genoemd nic
.

De celwanden van bacteriën van de Mycobacteria-familie bevatten, naast peptidoglycan en TA's, een externe "wasachtige" laag gemaakt van mycolzuren
. Deze bacteriën staan bekend als " zuurvast,
" omdat dit soort vlekken nodig zijn om deze wasachtige laag binnen te dringen om bruikbaar microscopisch onderzoek mogelijk te maken.
Gram-negatieve bacteriële celwanden

Gram-negatieve bacteriën hebben net als hun gram-positieve tegenhangers peptidoglycan-celwanden.

De wand is echter veel dunner, slechts ongeveer 5 tot 10 nm dik. Deze wanden kleuren niet paars met Gram-vlek omdat hun kleinere peptidoglycan-gehalte betekent dat de wand niet veel kleurstof kan behouden wanneer het preparaat wordt gewassen met alcohol, wat uiteindelijk resulteert in een roze of roodachtige kleur.

Zoals hierboven vermeld, de celwand is niet de buitenste later van deze bacteriën, maar wordt in plaats daarvan bedekt door een ander plasmamembraan, de celomhulling of het buitenmembraan.

Deze laag is ongeveer 7,5 tot 10 nm dik, rivaliseert of overschrijdt de dikte van de celwand.

Bij de meeste gramnegatieve bacteriën is de celomhulling gekoppeld aan een type lipoproteïnemolecuul, het lipoproteïne van Braun, dat op zijn beurt is gekoppeld aan de peptidoglycan van de celwand.
Het gereedschap van Gram-negatieve bacteriën

Gram-negatieve bacteriën zijn over het algemeen minder vatbaar voor antibiotica gericht op de celwand omdat deze niet worden blootgesteld aan de omgeving; het heeft nog steeds het buitenste membraan voor bescherming.

Bovendien, in gram-negatieve bacteriën, bezet een gelachtige matrix het gebied binnen de celwand en buiten het plasmamembraan genaamd de periplasmatische ruimte.

De peptidoglycan component van de celwand van gram-negatieve bacteriën is slechts ongeveer 4 nm dik.

Waar een gram-positieve bacteriële celwand meer peptidoglycanen zou hebben om zijn wandstof te geven, een gram-negatieve bug heeft andere hulpmiddelen in petto in zijn buitenmembraan.

Elk LPS-molecuul is samengesteld uit een vetzuurrijke Lipide A-subeenheid, een kleine kern polysaccharide en een O-zijketen gemaakt van suikerachtige moleculen. Deze O-zijketen vormt de buitenzijde van de LPS.

De exacte samenstelling van de zijketen varieert tussen verschillende bacteriesoorten.

Delen van de O-zijketen die bekend staan als antigenen kunnen geïdentificeerd via laboratoriumtests om specifieke pathogene bacteriestammen te identificeren (een "stam" is een subtype van een bacteriesoort, zoals een hondenras). Archaea celwanden

Archaea zijn diverser dan bacteriën en dus zijn hun celwanden. Deze muren bevatten met name geen peptidoglycan.

In plaats daarvan bevatten ze meestal een vergelijkbaar molecuul genaamd pseudopeptidoglycan of pseudomureïne. In deze stof wordt een deel van de reguliere peptidoglycan, NAM genaamd, vervangen door een andere subeenheid.

Sommige archaea kunnen in plaats daarvan een laag glycoproteïnen
of polysacchariden
hebben die in de plaats komen van de celwand in plaats van pseudopeptidoglycan. Ten slotte missen, net als bij sommige bacteriesoorten, een paar archaea helemaal celwanden.

Archaea die pseudomureïne bevatten, zijn ongevoelig voor antibiotica van de penicilline-klasse omdat deze geneesmiddelen transpeptidaseremmers zijn die interfereren met peptidoglycan-synthese.

In deze archaea worden geen peptidoglycanen gesynthetiseerd en daarom kan niets voor penicillines inwerken.
Waarom is de celwand belangrijk?

Bacteriële cellen zonder celwanden kunnen een extra celoppervlak hebben structuren naast de besproken, zoals glycocalyces (enkelvoud is glycocalyx) en S-lagen.

Een glycocalyx is een laag suikerachtige moleculen die in twee hoofdtypen voorkomt: capsules en slijmlagen. Een capsule is een goed georganiseerde laag polysachariden of eiwitten. Een slijmlaag is minder strak georganiseerd en is minder strak bevestigd aan de onderliggende celwand dan een glycocalyx.

Hierdoor is een glycocalyx beter bestand tegen wegwassen, terwijl een slijmlaag meer kan zijn gemakkelijk verplaatst. De slijmlaag kan zijn samengesteld uit polysachariden, glycoproteïnen of glycolipiden.

Deze anatomische variaties lenen zich voor een grote klinische betekenis. van organismen genaamd biofilms
die verschillende lagen kunnen vormen en de individuen in de groep kunnen beschermen. Om deze reden leven de meeste bacteriën in het wild in biofilms gevormd uit gemengde bacteriegemeenschappen. Biofilms belemmeren de werking van antibiotica en desinfectiemiddelen.

Al deze attributen dragen bij aan de moeilijkheid om microben te elimineren of te verminderen en infecties uit te roeien.
Antibioticaresistentie

Bacteriële stammen die van nature zijn resistent tegen een bepaald antibioticum dankzij een kans dat voordelige mutaties worden "geselecteerd voor" in menselijke populaties omdat dit de insecten zijn die achterblijven wanneer de voor antibiotica gevoelige soorten worden gedood, en deze "superbugs" vermenigvuldigen en blijven ziekte veroorzaken. >

In het tweede decennium van de 21ste eeuw is een verscheidenheid aan gram-negatieve bacteriën steeds resistenter geworden tegen antibiotica, wat heeft geleid tot meer ziekte en sterfte door infecties en hogere kosten voor de gezondheidszorg. Antibioticaresistentie is een archetypisch voorbeeld van natuurlijke doorsnede op tijdschalen die voor mensen waarneembaar zijn.

Voorbeelden zijn: