דופן תא חיידקי: מאפיינים, ביוסינתזה, פונקציות - ביולוגיה - 2025

דופן התא של החיידקים היא מבנה מורכב חצי קשיח, אחראי על מתן הגנה וצורה לחיידקים. מבחינה מבנית, זה מורכב ממולקולה הנקראת פפטידוגליקן. בנוסף להגנה מפני שינויי לחץ, דופן החיידק מספקת אתר עיגון למבנים כמו סמלונים או פיליס ומגדירה תכונות שונות הקשורות לווארוליות ותנועתיות תאים.

מתודולוגיה נפוצה לסיווג חיידקים לפי מבנה דופן התא שלהם היא כתם גראם. זה מורכב מיישום שיטתי של צבעי סגול וורוד, כאשר חיידקים בעלי קיר עבה ועשירים בכתמים פפטידוגליקנים (סגולה חיובית) ואלה עם קיר דק מוקף ליפופוליסכרידים מכתים ורוד (גרם שלילי).

מקור pixabay.com

למרות שליצורים אורגניים אחרים כמו ארכאאה, אצות, פטריות וצמחים יש דפנות תא, מבנהם והרכבם נבדלים באופן עמוק מדופן התא של החיידק.

מאפיינים ומבנה

דופן החיידק: רשת פפטידוגליקנית

בביולוגיה אנו מגדירים בדרך כלל את הגבולות בין החיים ללא החיים בעזרת קרום הפלזמה. עם זאת, ישנם אורגניזמים רבים המוקפים מחסום נוסף: דופן התא.

בחיידקים, דופן התא מורכבת מרשת מורכבת ומורכבת של מקרולקולציה הנקראת פפטידוגליקן, המכונה גם מורין.

בנוסף, אנו יכולים למצוא סוגים אחרים של חומרים בקיר המשולבים עם פפטידוגליקן, כמו פחמימות ופוליפפטידים המשתנים באורך ובמבנה.

מבחינה כימית, פפטידוגליקאן הוא דיסכריד שיחידותיו המונומריות הן N-acetylglucosamine ו- N-Acetylmuramic (משורש המורוס שפירושו קיר).

אנו תמיד מוצאים שרשרת המורכבת מטטראפפטידים, המורכבת מארבע שאריות חומצות אמיניות הקשורות ל- N-acetylmuramic.

מבנה דופן התא של החיידק עוקב אחר שתי סכמות או שני תבניות כלליות, המכונות גרם חיובי וגרם שלילי. בחלק הבא נפתח לעומק רעיון זה.

מבנים מחוץ לדופן התא

בדרך כלל דופן התא של החיידקים מוקפת בכמה מבנים חיצוניים, כמו הגליקוקליקס, סמלונים, חוטים צירים, פימבריה ופיליס.

הגליקוקליקס מורכב ממטריצה ​​ג'לטינית העוטפת את הקיר, והיא בעלת משתנה (פוליסכרידים, פוליפפטידים וכו '). בכמה זנים חיידקיים ההרכב של קפסולה זו תורם לארסיות. זהו גם מרכיב מכריע בהיווצרות ביו-פילמים.

פלנלה הם מבנים חוטיים, שצורתם דומה לשוט ותורמת לניידות האורגניזם. שאר החוטים הנזכרים תורמים לעיגון תאים, תנועתיות והחלפת חומר גנטי.

קירות תאים חיידקיים לא טיפוסיים

למרות שניתן להכליל את המבנה שהוזכר לעיל לרוב המוחלט של האורגניזמים החיידקיים, ישנם יוצאים מן הכלל מאוד ספציפיים שאינם תואמים את תוכנית קיר דופן התא, מכיוון שהם חסרים אותו או שיש להם מעט מאוד חומר.

חברים בסוג Mycoplasma ואורגניזמים הקשורים פילוגנטית הם מהחיידקים הקטנים ביותר שנרשמו אי פעם. בשל גודלם הקטן, אין להם קיר תא. למעשה, בהתחלה הם נחשבו לנגיפים ולא לחיידקים.

עם זאת, חייבת להיות דרך שהחיידקים הקטנים האלה יקבלו הגנה. הם עושים זאת הודות לנוכחותם של ליפידים מיוחדים הנקראים סטרולים, התורמים להגנה מפני תמונת תא.

מאפיינים

פונקציות ביולוגיות של דופן התא החיידקית

הֲגָנָה

תפקידו העיקרי של דופן התא בחיידקים הוא לספק הגנה לתא, ומתפקד כסוג של שלד-חוץ-גומי (כמו זה של פרוקי הרגליים).

חיידקים מכילים כמות משמעותית של מומסים מומסים בפנים. בשל תופעת האוסמוזה, המים הסובבים אותם ינסו להיכנס לתא ויוצרים לחץ אוסמוטי, שאם לא נשלט עלול להוביל לתמונת התא.

אם דופן החיידק לא היה קיים, המחסום המגן היחיד בתוך התא היה קרום הפלזמה השברירי בעל אופי השומנים, שיוביל במהירות ללחץ שנגרם כתופעה של אוסמוזה.

דופן התא של החיידק יוצר מחסום מגן מפני תנודות לחץ שעלולות להתרחש, אשר מונע תמוגה בתאים.

קשיחות וצורה

בזכות תכונותיו המתקשות, הקיר מסייע בעיצוב החיידקים. זו הסיבה שאנו יכולים להבדיל בין צורות שונות של חיידקים על פי אלמנט זה, ונוכל להשתמש במאפיין זה כדי לבסס סיווג המבוסס על המורפולוגיות הנפוצות ביותר (קוקי או בסילי, בין השאר).

אתר עוגן

לבסוף, קיר התא משמש כאתר עיגון למבנים אחרים הקשורים לתנועתיות ועיגון, כמו סמלונים.

-יישומי קיר לתא

בנוסף לתפקודים ביולוגיים אלה, יש לדופן החיידק יישומים קליניים וטקסונומיים. כפי שנראה בהמשך, הקיר משמש להבחנה בין סוגים שונים של חיידקים. יתר על כן, המבנה מאפשר להבין את נגיפות החיידקים ואיזה סוג אנטיביוטיקה הוא עשוי להיות רגיש.

מכיוון שהמרכיבים הכימיים של דופן התא הם ייחודיים לחיידקים (חסרים במארח האנושי), גורם זה מהווה יעד פוטנציאלי להתפתחות אנטיביוטיקה.

סיווג לפי כתם גראם

במיקרוביולוגיה, כתמים הם נהלים נפוצים. חלקם פשוטים ומטרתם להראות בבירור נוכחות של אורגניזם. עם זאת, כתמים אחרים הם מהסוג הדיפרנציאלי, כאשר הצבעים המשמשים מגיבים בהתאם לסוג החיידק.

אחד הכתמים ההבדלים הנפוצים ביותר במיקרוביולוגיה הוא כתם גראם, טכניקה שפותחה בשנת 1884 על ידי החיידק האנס כריסטיאן גראם. הטכניקה מאפשרת לסווג את החיידקים לקבוצות גדולות: גרם חיובי וגרם שלילי.

כיום היא נחשבת לטכניקה של תועלת רפואית נהדרת, אם כי ישנם חיידקים שאינם מגיבים כראוי לצבע. זה מיושם בדרך כלל כאשר החיידק צעיר וגדל.

פרוטוקול כתם גרם

(i) יישום הצבע העיקרי: מדגם קבוע בחום מכוסה בצבע סגול בסיסי, בדרך כלל משמש סגול קריסטל לשם כך. כתם זה מחלחל לכל התאים שנמצאו במדגם.

(ii) יישום יוד: לאחר פרק זמן קצר, הצבע הסגול מוסר מהדגימה ויוד, סוכן מורדנטי, מוחל. בשלב זה, חיידקים גראם-חיוביים וגם שליליים מוכתמים בסגול עמוק.

(iii) שטיפה: השלב השלישי כולל שטיפת הצבע בתמיסת אלכוהול או בתערובת אלכוהול-אצטון. לפתרונות אלה יש את היכולת להסיר צבע, אך רק מדגימות מסוימות.

(iv) יישום של ספרנין: לבסוף, הפתרון המיושם בשלב הקודם מוסר ומורח צבע אחר, ספרנין. זהו צביעה אדומה בסיסית. צבע זה נשטף והדגימה מוכנה לצפייה תחת האור של המיקרוסקופ האופטי.

קיר תא חיידקי חיובי גרם

בשלב (iii) של ההכתמה רק חיידקים מסוימים שומרים על הצבע הסגול, ואלו ידועים כחיידקים גרם חיוביים. צבע הספרנין אינו משפיע עליהם, ובסוף הצבעוניות אלה השייכים לסוג זה נצפים סגולים.

העיקרון התיאורטי של מכתים מבוסס על מבנה דופן התא החיידקי, מכיוון שהוא תלוי בבריחתו או לא בצבע הסגול, המהווה קומפלקס יחד עם יוד.

ההבדל הבסיסי בין חיידקים גרם שליליים לחיוביים הוא כמות הפפטידוגליקן שהם מציגים. לחיובי גראם יש שכבה עבה של תרכובת זו המאפשרת להם לשמור על הצבע הסגול, למרות הכביסה שלאחר מכן.

הגביש הסגול שנכנס לתא בשלב הראשון יוצר קומפלקס עם היוד, שמקשה על הבריחה עם שטיפת האלכוהול, הודות לשכבה העבה של פפידוגליקן שמקיפה אותם.

המרחב בין השכבה הפפטידוגליקנית לבין קרום התא ידוע כחלל הפלסמי ומורכב משכבה גרגרית המורכבת מחומצה ליפוטייכואית. בנוסף, חיידקים גרם חיוביים מאופיינים בכך שסדרת חומצות טיכואיות מעוגנת לדופן.

דוגמה לסוג זה של חיידקים היא מין Staphylococcus aureus, שהוא פתוגן לבני אדם.

קיר תא חיידקי שלילי

חיידקים שאינם שומרים על מכתים של שלב (iii) הם, ככלל, גרם שלילי. זו הסיבה שמורחים צבע שני (ספרנין) כדי להמחיש את קבוצת הפרוקריוטים הזו. לפיכך, חיידקים גרם שליליים נראים בצבע ורוד.

בניגוד לשכבה הפפטידוגליקית העבה שיש לחיידקים גרם חיובי, לחיידקים שליליים יש שכבה דקה בהרבה. בנוסף הם מציגים שכבה של ליפופוליסכרידים שהם חלק מדופן התא שלהם.

אנו יכולים להשתמש באנלוגיה של כריך: הלחם מייצג שני ממברנות שומנים והפנים או המילוי יהיה הפפטידוגליקן.

שכבת הליפופוליסכריד מורכבת משלושה מרכיבים עיקריים: (1) ליפיד A, (2) גרעין של פוליסכרידים, ו- (3) פוליסכרידים O, שמתפקדים כאנטיגן.

כאשר חיידק כזה מת, הוא משחרר ליפיד A, המתפקד כאנדוטוקסין. השומנים קשורים לתופעות הנגרמות על ידי זיהומים של חיידקים שליליים גרם, כמו חום או התרחבות של כלי דם, בין היתר.

שכבה דקה זו אינה שומרת על הצבע הסגול המוחל בשלב הראשון, שכן שטיפת האלכוהול מסלקת את שכבת הליפופוליסכריד (ויחד איתה את הצבע). הם אינם מכילים את החומצות הטיכואיות המוזכרות בחיובי הגרם.

דוגמה לדפוס ארגון זה של דופן התא החיידקית היא חיידקי ה- E. coli המפורסמים.

השלכות רפואיות של כתם גרם

מנקודת מבט רפואית חשוב להכיר את מבנה דופן החיידק, מכיוון שבדרך כלל חיסולים בקלות של חיידקים גרם-גראם על ידי שימוש באנטיביוטיקה כמו פניצילין וצפלוספורין.

לעומת זאת, חיידקים שליליים גרם בדרך כלל עמידים למריחה של אנטיביוטיקה שלא מצליחים לחדור למחסום הליפופוליסכרידי.

צבעוניות אחרות

למרות שכתם הגראם ידוע ומוחל במעבדה, ישנן גם מתודולוגיות אחרות המאפשרות הבחנה בין חיידקים לפי ההיבטים המבניים של דופן התא. אחד מהם הוא מכתים חומצה הנקשרים חזק לחיידקים שיש להם חומרים דמויי שעווה המחוברים לקיר.

זה משמש במיוחד כדי להבדיל בין מיני Mycobacterium לבין מינים אחרים של חיידקים.

ביוסינתזה

הסינתזה של דופן התא של החיידק יכולה להתרחש בציטופלסמה של התא או בקרום הפנימי. לאחר סינתזת היחידות המבניות, הרכבת הקיר מתבצעת מחוץ לחיידקים.

הסינתזה של פפטידוגליקן מתרחשת בציטופלסמה, שם נוצרים נוקלאוטידים שישמשו כמבשרים למקרומולקולה זו המרכיבה את הקיר.

הסינתזה מתבצעת בקרום הפלזמה, שם מתרחש דור של תרכובות שומנים קרומיות. בתוך קרום הפלזמה מתרחשת פילמור של היחידות המרכיבות את הפפטידוגליקן. התהליך כולו נעזר באנזימים חיידקיים שונים.

הַשׁפָּלָה

ניתן להשפיל את דופן התא הודות לפעולה האנזימטית של ליזוזימים, אנזים שנמצא באופן טבעי בנוזלים כמו קרעים, ריר ורוק.

אנזים זה פועל ביעילות רבה יותר על דפנותיהם של חיידקים גרם חיובי, והאחרון פגיע יותר לליזה.

המנגנון של אנזים זה מורכב מהידרוליזה של הקשרים המחזיקים יחד את הבלוקים המונומרים של הפפטידוגליקן.

קיר תא בארקיאס

החיים מחולקים לשלושה תחומים עיקריים: חיידקים, איוקריוטות וארכאאה. למרות שהאחרונים מזכירים באופן שטחי את החיידקים, אופי דופן התא שלהם שונה.

בארכאה יכול להיות קיר תא או לא. אם ההרכב הכימי קיים, הוא משתנה, כולל סדרה של פוליסכרידים וחלבונים, אך עד כה לא דווח על מינים עם קיר המורכב מפפטידוגליקן.

עם זאת, הם יכולים להכיל חומר המכונה pseudomurein. אם מוחלים את כתם הגראם, כולם יהיו שליליים גרם. לכן כתמים אינם מועילים בארכאה.

הפניות

1. Albers, SV, & Meyer, BH (2011). מעטפת התא ארכיאלית. חוות דעת על טבע מיקרוביולוגיה, 9 (6), 414–426.
2. אלברטס, ב., בריי, ד., הופקין, ק., ג'ונסון, א.ד., לואיס, ג'., רף, מ., … & וולטר, פ. (2013). ביולוגיה חיונית של תאים. גרלנד מדע.
3. קופר, ג '(2000). התא: גישה מולקולרית. מהדורה שנייה. מקורבי סינאור.
4. קופר, GM ו- Hausman, RE (2007). התא: גישה מולקולרית. וושינגטון די.סי., סנדרלנד, מ.א.
5. Cullimore, DR (2010). אטלס מעשי לזיהוי חיידקים. לחץ על CRC.
6. Koebnik, R., Locher, KP, & Van Gelder, P. (2000). מבנה ותפקוד של חלבוני ממברנה חיצונית של חיידקים: חביות על קצה המזלג. מיקרוביולוגיה מולקולרית, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). ביולוגיה מולקולרית של התא המהדורה הרביעית. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי, מדף ספרים.
8. שפרס, די ג'יי, ופינו, MG (2005). סינתזת דופן תאי בקטריאלי: תובנות חדשות ממחקרי לוקליזציה. ביקורות על מיקרוביולוגיה וביולוגיה מולקולרית, 69 (4), 585–607.
9. טורטורה, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). מִיקרוֹבִּיוֹלוֹגִיָה. הקדמה. פירסון.