Bakterielle Zellwand und Zellhülle

Die bakterielle Zellhülle ist die geschichtete Grenzfläche, Plasmamembran, Zellwand und bei Gram-negativen Bakterien eine zusätzliche äußere Membran, die das Zytoplasma umgibt. Ihr zentrales Strukturelement ist Peptidoglykan, ein netzartiges Polymer, das der Zelle ihre Form verleiht und sie vor osmotischer Lyse schützt, und die Art und Weise, wie die Hülle organisiert ist, definiert die prinzipielle strukturelle Unterteilung von Bakterien.

Definition

Die bakterielle Zellwand und -hülle ist die mehrschichtige Oberflächenstruktur der Bakterienzelle, bestehend aus der Plasmamembran und einer äußeren Peptidoglykan-basierten Wand (mit einer zusätzlichen äußeren Membran bei Gram-negativen Bakterien), die die Zellform aufrechterhält und dem internen Turgordruck widersteht.

Scope

Dieses Thema behandelt die Chemie und Architektur von Peptidoglykan, die Gram-positive Hülle (eine dicke Wand mit Teichonsäuren), die Gram-negative Hülle (eine dünne Wand, die von einer äußeren Membran umschlossen ist, die Lipopolysaccharid trägt) und die funktionellen Rollen der Hülle in Bezug auf Form, Integrität und Permeabilität. Das Färbeverfahren, das diese Unterscheidung aufzeigt, wird in einem verwandten Thema behandelt.

Core questions

• Wie verleiht die Peptidoglykan-Architektur Form und osmotischen Schutz?
• Welche strukturellen Unterschiede kennzeichnen die Gram-positive von der Gram-negativen Hülle?
• Wie beeinflusst die äußere Membran die Permeabilität Gram-negativer Bakterien?

Key concepts

• Peptidoglykan (Murein) Sacculus
• Glykanketten, die durch Peptidbrücken quervernetzt sind
• Gram-positive dicke Wand mit Teichonsäuren
• Gram-negative dünne Wand und äußere Membran
• Lipopolysaccharid und die äußere Membran
• Periplasmatischer Raum
• Osmotischer Schutz und Turgor

Mechanisms

Peptidoglykan wird aus Glykanketten von alternierendem N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure aufgebaut, die durch kurze Peptide zu einem einzigen, netzartigen Makromolekül, dem Sacculus, quervernetzt sind, das die Zelle umschließt und dem Turgordruck entgegenwirkt. Bei Gram-positiven Bakterien ist diese Wand dick und mit Teichonsäuren und Lipoteichonsäuren durchzogen; bei Gram-negativen Bakterien ist die Peptidoglykanschicht dünn und liegt in einem periplasmatischen Raum zwischen der Plasmamembran und einer asymmetrischen äußeren Membran, deren äußeres Blatt aus Lipopolysaccharid besteht. Die äußere Membran fungiert als Permeabilitätsbarriere, wobei Kanalproteine den Eintritt von gelösten Stoffen kontrollieren. Diese Unterschiede in der Zellhülle liegen der differentiellen Farbstoffretention bei der Gram-Färbung und vielen der strukturellen Unterscheidungen zwischen Bakterien zugrunde.

Clinical relevance

Die Zellhülle ist das strukturelle Merkmal, das Gram-positive von Gram-negativen Bakterien trennt und zu intrinsischen Unterschieden in den Barriereeigenschaften zwischen den beiden Gruppen beiträgt; Lipopolysaccharid der Gram-negativen äußeren Membran ist ein wichtiges Oberflächenmolekül, das vom Wirt erkannt wird. Dieser Eintrag beschreibt die Struktur der Zellhülle als Referenzmaterial und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Die molekulare Struktur des Peptidoglykans und die Architektur der Gram-positiven und Gram-negativen Hüllen sind in der biochemischen und zellbiologischen Literatur etabliert und in Standardlehrbüchern der Mikrobiologie zusammengefasst.

History

Die Wand wurde früh als die Struktur erkannt, die für die bakterielle Form und für die Gram-Reaktion verantwortlich ist, und die Aufklärung der Peptidoglykan-Chemie Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts, gefolgt von detaillierten Modellen ihrer Architektur, erklärte, wie ein einziges kovalentes Netzwerk sowohl die Zelle formen als auch schützen kann.

Key figures

• Waldemar Vollmer
• Thomas Silhavy
• Miguel de Pedro

Seminal works

• vollmer-2008
• silhavy-2010

Frequently asked questions

Was ist Peptidoglykan?

Peptidoglykan (Murein) ist ein netzartiges Polymer aus Glykanketten, die durch Peptide quervernetzt sind und die bakterielle Zellwand bilden, wodurch die Zelle ihre Form erhält und vor osmotischer Lyse geschützt wird.

Wie unterscheiden sich Gram-positive und Gram-negative Hüllen?

Gram-positive Bakterien haben eine dicke Peptidoglykanwand mit Teichonsäuren und keine äußere Membran, während Gram-negative Bakterien eine dünne Peptidoglykanschicht haben, die von einer äußeren Membran umschlossen ist, die Lipopolysaccharid enthält.