Thành tế bào và Vỏ tế bào vi khuẩn

Vỏ tế bào vi khuẩn là ranh giới nhiều lớp bảo vệ tế bào, duy trì hình dạng của nó chống lại áp suất trương nước, và điều hòa sự trao đổi với môi trường, với peptidoglycan là polymer cấu trúc xác định của nó.

Definition

Vỏ tế bào vi khuẩn bao gồm các lớp bên ngoài tế bào chất—màng tế bào chất, thành tế bào peptidoglycan, và, ở vi khuẩn Gram âm, một màng ngoài—cùng nhau bảo vệ tế bào và điều chỉnh các tương tác của nó với môi trường.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và quá trình sinh tổng hợp peptidoglycan; kiến trúc tương phản của thành tế bào Gram dương và thành tế bào Gram âm với màng ngoài và lipopolysaccharide của nó; axit teichoic, periplasm và porin; thành tế bào Archaea và sự thiếu peptidoglycan của nó; và cơ sở của phương pháp nhuộm Gram. Nó kết nối hóa học của vỏ tế bào với quá trình nhuộm, tác dụng của kháng sinh và sự nhận diện miễn dịch.

Core questions

• Peptidoglycan cung cấp sức bền cơ học trong khi vẫn cho phép tăng trưởng như thế nào?
• Những đặc điểm cấu trúc nào phân biệt vỏ tế bào Gram dương với Gram âm?
• Tại sao nhiều loại kháng sinh nhắm mục tiêu vào quá trình tổng hợp thành tế bào?
• Vỏ tế bào Archaea khác với vỏ tế bào vi khuẩn như thế nào?

Key concepts

• Cấu trúc và liên kết chéo của Peptidoglycan
• Thành tế bào Gram dương và axit teichoic
• Màng ngoài Gram âm và lipopolysaccharide
• Periplasm và porin
• Cơ sở của phương pháp nhuộm Gram

Mechanisms

Peptidoglycan là một mạng lưới các sợi glycan được liên kết chéo bởi các peptide ngắn, tạo thành một túi liên tục chống lại áp suất trương nước. Ở tế bào Gram dương, lớp này dày và liên kết với các axit teichoic; ở tế bào Gram âm, nó mỏng và nằm trong periplasm bên dưới một màng ngoài mà lipopolysaccharide của nó hoạt động như một hàng rào và nội độc tố. Quá trình tổng hợp thành tế bào đòi hỏi các enzyme được phối hợp chính xác để chèn vật liệu mới trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn, đó là lý do tại sao sự can thiệp vào các bước này gây tử vong cho tế bào.

Clinical relevance

Thành peptidoglycan là duy nhất ở vi khuẩn và là mục tiêu của các nhóm kháng sinh quan trọng như beta-lactam và glycopeptide, trong khi lipopolysaccharide của màng ngoài Gram âm là chất kích thích mạnh mẽ các phản ứng miễn dịch của vật chủ, làm cho cấu trúc vỏ tế bào trở nên trung tâm đối với cả tác dụng kháng khuẩn và tương tác giữa vật chủ và vi khuẩn.

History

Phương pháp nhuộm phân biệt của Christian Gram, được giới thiệu vào năm 1884, đã chia vi khuẩn thành hai nhóm lớn mà sự khác biệt của chúng sau này được giải thích bằng sự khác biệt trong kiến trúc thành tế bào được tiết lộ thông qua hóa sinh và kính hiển vi điện tử vào thế kỷ XX, liên kết một phương pháp nhuộm cổ điển với cấu trúc phân tử.

Key figures

• Christian Gram
• Hans Christian Joachim Gram

Seminal works

• willey2020
• madigan2018

Frequently asked questions

Tại sao kháng sinh beta-lactam ảnh hưởng đến vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến tế bào người?

Beta-lactam can thiệp vào các enzyme xây dựng peptidoglycan, một polymer chỉ có trong thành tế bào vi khuẩn. Tế bào người không có peptidoglycan, vì vậy thuốc tác động chọn lọc lên mục tiêu vi khuẩn.