Клеточная стенка и оболочка бактерий

Клеточная оболочка бактерий представляет собой многослойную структуру, включающую плазматическую мембрану, клеточную стенку, а у грамотрицательных бактерий — дополнительную внешнюю мембрану, которая окружает цитоплазму. Её центральным структурным элементом является пептидогликан, сетчатый полимер, который придаёт клетке форму и защищает её от осмотического лизиса, а организация оболочки определяет основное структурное деление бактерий.

Definition

Бактериальная клеточная стенка и оболочка — это многослойная поверхностная структура бактериальной клетки, включающая плазматическую мембрану и внешнюю стенку на основе пептидогликана (с дополнительной внешней мембраной у грамотрицательных бактерий), которая поддерживает форму клетки и противостоит внутреннему тургорному давлению.

Scope

Эта тема охватывает химию и архитектуру пептидогликана, грамположительную оболочку (толстая стенка с тейхоевыми кислотами), грамотрицательную оболочку (тонкая стенка, заключённая во внешнюю мембрану, несущую липополисахарид), а также функциональные роли оболочки в формировании формы, целостности и проницаемости. Процедура окрашивания, выявляющая это различие, рассматривается в родственной теме.

Core questions

• Как архитектура пептидогликана обеспечивает форму и осмотическую защиту?
• Какие структурные различия отличают грамположительную оболочку от грамотрицательной?
• Как внешняя мембрана влияет на проницаемость грамотрицательных бактерий?

Key concepts

• Пептидогликановая (муреиновая) саккула
• Гликановые цепи, сшитые пептидными мостиками
• Грамположительная толстая стенка с тейхоевыми кислотами
• Грамотрицательная тонкая стенка и внешняя мембрана
• Липополисахарид и внешняя мембрана
• Периплазматическое пространство
• Осмотическая защита и тургор

Mechanisms

Пептидогликан состоит из гликановых цепей, чередующихся N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой кислотой, которые сшиты короткими пептидами в единую сетчатую макромолекулу, саккулу, которая окружает клетку и противодействует тургорному давлению. У грамположительных бактерий эта стенка толстая и пронизана тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами; у грамотрицательных бактерий слой пептидогликана тонкий и находится в периплазматическом пространстве между плазматической мембраной и асимметричной внешней мембраной, внешний листок которой состоит из липополисахарида. Внешняя мембрана действует как барьер проницаемости, при этом канальные белки контролируют поступление растворённых веществ. Эти различия в оболочке лежат в основе дифференциального удержания красителя при окрашивании по Граму и многих структурных различий между бактериями.

Clinical relevance

Оболочка является структурной особенностью, которая разделяет грамположительные и грамотрицательные бактерии и способствует внутренним различиям в барьерных свойствах между двумя группами; липополисахарид внешней мембраны грамотрицательных бактерий является важной поверхностной молекулой, распознаваемой хозяином. Данная статья описывает структуру оболочки в качестве справочного материала и не является основанием для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Молекулярная структура пептидогликана и архитектура грамположительных и грамотрицательных оболочек установлены в биохимической и клеточно-биологической литературе и обобщены в стандартных учебниках по микробиологии.

History

Стенка была рано признана структурой, ответственной за форму бактерий и за реакцию по Граму, а выяснение химии пептидогликана в середине двадцатого века, за которым последовали подробные модели его архитектуры, объяснило, как единая ковалентная сеть может одновременно формировать и защищать клетку.

Key figures

• Waldemar Vollmer
• Thomas Silhavy
• Miguel de Pedro

Seminal works

• vollmer-2008
• silhavy-2010

Frequently asked questions

Что такое пептидогликан?

Пептидогликан (муреин) — это сетчатый полимер гликановых цепей, сшитых пептидами, который образует клеточную стенку бактерий, придавая клетке форму и защищая её от осмотического лизиса.

Чем отличаются грамположительные и грамотрицательные оболочки?

Грамположительные бактерии имеют толстую пептидогликановую стенку с тейхоевыми кислотами и не имеют внешней мембраны, тогда как грамотрицательные бактерии имеют тонкий пептидогликановый слой, заключённый во внешнюю мембрану, содержащую липополисахарид.