Structura celulei bacteriene

Structura celulei bacteriene

Peretele celulei bacteriene (membrana)

Peretele bacterian este relativ compact, rezistent si rigid. Are o grosime de 15 - 35nm, fiind mai subtire la celulele tinere. Bacteriile Gram pozitive au peretele bacterian cu o grosime mai mare decat cel al bacteriilor Gram negative. Reprezinta la unele specii bacteriene 25% din volumul celulei. Structura fundamentala se aseamana cu o plasa sau retea cu ochiuri regulate. Peretele celulei bacteriene are calitatea de membrana semipermeabila, cu structura poroasa, care permite realizarea schimburilor active de metaboliti intre celula si mediu, in ambele sensuri.

La toate speciile bacteriene, in structura peretelui intra un component macromolecular, denumit mureina (mucocomplex, peptidoglican, mucopeptid). Din punct de vedere chimic, mureina este un polimer glicopeptidic, cu o configuratie spatiala in retea bi- sau tridimensionala. Acest polimer formeaza in jurul celulei un veritabil "saccul mureinic", cu o rezistenta si rigiditate consolidate prin legaturi covalente cu alte componente parietale. Peretele bacterian mai contine: acizi teichoici, complexe lipopolizaharidice, diferite ceride, fosfolipide, glucide si polialcooli. Aceste componente formeaza doua straturi: stratul R (rigid), in care predomina mureina si care ocupa zona profunda a peretelui bacterian; stratul plastic, alcatuit din diverse componente glucidice, lipidice si proteice.

Peretele bacteriilor Gram pozitive este mai gros, cu structura densa si compacta. La unele specii, mureina ajunge pana la 80 - 90% din greutatea uscata a componentelor parietale. Mai contine proteine, lipide asezate spre suprafata peretelui si legate covalent de mureina. Cele mai caracteristice componente polizaharidice in cazul bacteriilor Gram pozitive sunt: acizii teichoici, acizii lipoteichoici si acizii teichuronici.

Mureina este un polimer glicopeptidic, cu o configuratie in retea si indeplineste rol de citoschelet pentru celula bacteriana, conferindu-i forma caracteristica.

Din punct de vedere chimic mureina este formata din un polimer glucidic liniar rezultat din condensarea alternativa a acetil-glucozaminei si a acidului acetil-muranic.

Acizii teichoici (teichos=zid) sunt polimeri liniari de glicerol fosfat sau ribitol fosfat, lungi si flexibili. Numarul subunitatilor constitutive difera cu specia. Ajung la bacteriile Gram-pozitive pana la 40-60% din greutatea uscata a peretelui bacterian.In raport cu pozitia si natura lor exista trei categorii de acizi teichoici:

-acizi teichoici parietali, care sunt coponente de suprafata legate de mureina si care contribuie la asigurarea rezistentei peretelui bacterian;

-acizi teichuronici, alcatuiti din subunitati dizaharidice repetate, gasindu-se asociati cu prima categorie de acizi teichoici;

-acizi teichoici membranari sau lipoteichoici, formati in urma polimerizarii a 20-30 de unitati de glicerol fosfat. Sunt situati in zona profunda, intre perete si membrana citoplasmatica, unde formeaza o retea.

Acizii teichoici protejeaza mureina de anumite enzime si detergenti (de ex. lizozimul lezeaza peretele bacterian dupa indepartarea acizilor teichoici).

Tot acizilor teichoici li se atribuie rolul de a mentine in zona de suprafata a membranei citoplasmatice a unei anumite concentratii de ioni metalici, mai ales Mg, lucru foarte important pentru activitatea unor sisteme enzimatice membranare. S-a demonstrat ca acizii teichoici au si actiune antifagocitara, fiind receptori pentru fagi.

Peretele bacteriilor Gram negative este mai subtire si mai putin rigid. Are doar 5-20% mureina din totalul componentelor parietale. Contine mari cantitati de lipopolizaharide, lipoproteine si fosfolipide, avand o structura mai complexa, iar la microscopul electronic apare triplu stratificat:

-stratul profund (corespunzator stratului R, cu o grosime de 1,5-3nm si cu un continut predominant de mureina si lipoproteine;

-stratul plastic sau membrana externa alcatuit din celelalte componente, cu o grosime de 6-20 nm. Contine lipopolizaharide (50%), fosfolipide (35%), si proteine (15%). Datele existente pledeaza pentru ipoteza ca fosfolipidele alcatuiesc un strat intern continuu, care se leaga prin lipoproteine la stratul mureinic profund. Lipopolizaharidele sunt asociate stratului extern, glucidele din complex fiind orientate spre suprafata, ele fiind purtatoare ale specificitatii antigenice.

Lipopolizaharidele predomina la toate bacteriile Gram negative . Au rol structural, reprezinta antigenii "O" si endotoxinele bacteriilor. Pot indeplini si rolul de receptori pentru bacteriofagi. Compozitia si secventa lor difera cu specia si cu varianta determinand specificitatea antigenica a complexului lipopolizaharidic. Pe baza lor, la unele specii s-au identificat numeroase serotipuri si chemotipuri.

Rolul biologic al peretelui celulei bacteriene:

-Prin structura sa compacta, densa si relativ rigida, membrana bacteriana confera bacteriei forma caracteristica in vederea mentinerii integritatii celulei, asigurand protectia fata de socurile din mediu. Contracareaza presiunea osmotica endocelulara, se opune si limiteaza mecanic patrunderea in celula a unor mari cantitati de apa ce este atrasa de hidrofilia materiei citoplasmatice.

-Datorita structurii poroase se comporta ca o membrana semipermeabila ce permite realizarea unor schimburi continue si selective de metaboliti intre celula si mediu. Intervine in unele procese de fixare si transport ionic.

-De caracterele structurale si chimice ale peretelui bacterian depind afinitatile tinctoriale ale bacteriilor.

-Peretele celulei bacteriene participa la procesele de diviziune celulara: creste centripet septand si separand complet cele doua celule fiice rezultate din diviziune.

-Specificitatea antigenica este conferita de componentele glucidice din cadrul macromoleculelor parietale.

-Unele componente parietale au rol in agresivitatea germenilor, fiind considerate factori de patogenitate.

-Peretele bacterian prin structura sa chimica are rol important in comportamentul unor bacterii fata de factorii de aparare ai organismului. Astfel bacilul TBC rezista in citoplasma fagocitelor datorita bogatiei peretelui celular al acestuia in ceride si fosfolipide.

-Anumite grupari chimice de suprafata din structura  peretelui bacterian (lipopolizaharidele) au rol de receptori pentru bacteriofagi.

Spatiul periplasmatic

Este caracteristic numai la bacteriile Gram negative. Cuprinde zona profunda delimitata spre exterior de membrana externa a peretelui, iar spre interior de membrana citoplasmatica. Este deci cuprins in acest spatiu si stratul R al peretelui, format din mureina si lipopolizaharide. In aceasta zona exista numeroase enzime si anumite proteine neenzimatice cu rol de a lega specific anumite componente si de a le transporta la membrana citoplasmatica (glucide, aminoacizi, ioni organici etc).

Protoplastul

Reprezinta o formatiune bine individualizata, obtinuta in urma indepartarii peretelui bacterian. Acesta contine toate componentele endocelulare (citoplasma, organite citoplasmatice si aparat nuclear), delimitate la exterior de membrana citoplasmatica. Masa protoplastilor reprezinta aproximativ 60 - 80% din greutatea uscata a celulei bacteriene.

Protoplastii pot fi obtinuti mai usor din bacteriile Gram pozitive, al caror perete este predominant glucidic. In acest scop se poate recurge la tratarea bacteriilor cu lizozim, care hidrolizeaza mureina si indeparteaza peretele celular. Formatiuni asemanatoare se pot obtine si prin cultivarea bacteriilor in prezenta penicilinei, antibioticul interferand sinteza mureinei si implicit a peretelui celular. In prezenta antibioticului, celulele fiice rezultate din diviziune nu-si mai pot sintetiza integral peretele, dand astfel nastere la sferoplasti, formatiuni care mai pastreaza resturi de perete.

Protoplastii s-au putut obtine si prin cultivarea unor bacterii in prezenta glicinei sau prin dezintegrarea peretelui bacterian cu enzime litice extrase din peretele sporal.

Din bacteriile Gram negative care au cantitati mai reduse de mureina in peretele celular, se pot obtine doar formatiuni sferoplastice, deoarece peretele celular isi conserva partial structura predominant lipoproteica si lipopolizaharidica.

Protoplastul reprezinta unitatea morfobiologica de baza a celulei bacteriene conservand toate calitatile esentiale ale acesteia. Daca sunt mentinuti in conditii convenabile de mediu, protoplastii pot desfasura o activitate metabolica, energetica si plastica fara alterari esentiale. Protoplastii pot fi considerati celule bacteriene lipsite de peretele celular.