细菌细胞壁：特征，生物合成，功能 - 生物学

在细菌细胞壁是一个复杂和半刚性的结构，负责向细菌提供保护和形状。从结构上说，它是由一种称为肽聚糖的分子组成的。除了防止压力变化外，细菌壁还为鞭毛或菌毛等结构提供了锚固位点，并定义了与毒力和细胞运动性相关的各种特性。

根据细菌的细胞壁结构对细菌进行分类的一种广泛使用的方法是革兰氏染色。这包括系统地应用紫色和粉红色染料，其中壁厚厚且富含肽聚糖的细菌将染紫色（革兰氏阳性），壁薄且被脂多糖包围的细菌染成粉红色（革兰氏阴性）。

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尽管其他有机生物（如古细菌，藻类，真菌和植物）具有细胞壁，但它们的结构和组成与细菌细胞壁有很大不同。

特征与结构

细菌壁：肽聚糖网络

在生物学中，我们通常使用质膜来定义生物体和非生物体之间的界限。但是，有许多生物被附加的屏障所包围：细胞壁。

在细菌中，细胞壁是由复杂复杂的大分子网络组成的，该大分子称为肽聚糖，也称为鼠李素。

此外，我们可以在壁上找到与肽聚糖结合的其他类型的物质，例如碳水化合物和长度和结构不同的多肽。

化学上，肽聚糖是一种二糖，其单体单元为N-乙酰氨基葡糖和N-乙酰胞嘧啶（来自鼠尾草，表示壁）。

我们总会发现一条由四肽组成的链，该链由四个与N-乙酰基尿嘧啶连接的氨基酸残基组成。

细菌细胞壁的结构遵循两种方案或两种一般模式，即革兰氏阳性和革兰氏阴性。在下一节中，我们将深入探讨这个想法。

细胞壁外的结构

通常，细菌的细胞壁被一些外部结构包围，例如糖萼，鞭毛，轴丝，菌毛和菌毛。

糖萼由围绕壁的凝胶状基质组成，并且具有可变的组成（多糖，多肽等）。在某些细菌菌株中，这种胶囊的成分会增加毒力。它也是生物膜形成中的关键组成部分。

鞭毛是丝状结构，其形状类似于鞭子，有助于生物的活动。其余的上述细丝有助于细胞锚定，运动和遗传物质的交换。

非典型细菌细胞壁

尽管上述结构可以推广到绝大多数细菌生物体，但由于它们缺乏或仅有很少的物质，因此存在一些非常特殊的例外，它们不符合该细胞壁方案。

支原体属和系统发育相关生物的成员是有史以来最小的细菌。由于体积小，它们没有细胞壁。实际上，起初它们被认为是病毒，而不是细菌。

但是，必须以某种方式使这些小细菌得到保护。他们这样做是由于存在称为甾醇的特殊脂质，它们有助于防止细胞溶解。

特征

-细菌细胞壁的生物学功能

保护

细菌中细胞壁的主要功能是为细胞提供保护，起到外骨骼的作用（就像节肢动物的外骨骼一样）。

细菌内部含有大量溶解的溶质。由于渗透现象，围绕它们的水将试图进入细胞，从而产生渗透压，如果不加以控制，则可能导致细胞溶解。

如果不存在细菌壁，则细胞内唯一的保护性屏障将是具有脂质性质的易碎质膜，其将迅速屈服于由渗透现象引起的压力。

细菌细胞壁形成保护屏障，以防止可能发生的压力波动，从而防止细胞裂解。

刚度和形状

由于其坚挺的特性，壁有助于细菌的形成。这就是为什么我们可以根据此元素区分各种形式的细菌，并可以使用此特征根据最常见的形态（球菌或杆菌等）建立分类的原因。

锚点

最后，细胞壁充当与运动性和锚定有关的其他结构（例如鞭毛）的锚定位点。

-细胞壁应用

除这些生物学功能外，细菌壁还具有临床和分类学应用。稍后我们将看到，隔离墙用于区分各种类型的细菌。此外，该结构使得有可能了解细菌的毒力及其可能敏感的抗生素种类。

由于细胞壁的化学成分是细菌所特有的（人类宿主中缺乏），因此该元素是开发抗生素的潜在目标。

按革兰氏染色分类

在微生物学中，污渍是广泛使用的程序。其中一些很简单，其目的是清楚地显示生物体的存在。但是，其他污渍属于差异型，其中所用的染料会根据细菌的类型发生反应。

微生物学中使用最广泛的鉴别染色剂之一是革兰氏染色，这是细菌学家汉斯·克里斯蒂安·格兰在1884年开发的技术。该技术可将细菌分为大类：革兰氏阳性和革兰氏阴性。

今天，尽管有些细菌对色素的反应不佳，但仍被认为是一种具有很大医学用途的技术。通常在细菌年轻且正在生长时使用。

革兰氏染色方案

（i）原色染料的应用：热固样品上覆盖有碱性紫色染料，通常使用结晶紫。这种污渍会渗透到样品中发现的所有细胞中。

（ii）碘的施加：在短时间后，从样品中去除紫色染料，并施加碘，媒染剂。在此阶段，革兰氏阳性和阴性细菌均染成深紫色。

（iii）洗涤：第三步骤涉及用醇溶液或醇-丙酮混合物洗涤着色剂。这些解决方案具有去除颜色的能力，但只能去除某些样品的颜色。

（iv）番红蛋白的施加：最后，除去在先前步骤中施加的溶液，并施加另一种染料番红蛋白。这是基本的红色。洗涤该染料，并准备在光学显微镜下观察样品。

革兰氏阳性细菌细胞壁

在染色的步骤（iii）中，只有一些细菌保留了紫色染料，这些细菌被称为革兰氏阳性细菌。番红花的颜色不影响它们，并且在着色结束时，属于该类型的那些被观察为紫色。

染色的理论原理基于细菌细胞壁的结构，因为它取决于紫色染料是否逸出，而紫色染料与碘一起形成复合物。

革兰氏阴性菌和阳性菌之间的基本区别是它们存在的肽聚糖的量。革兰氏阳性菌具有厚厚的这种化合物层，尽管随后进行了洗涤，但仍保留了紫色。

第一步，进入细胞的紫罗兰色晶体与碘形成复合物，这要归功于乙醇洗涤，这是由于围绕它们的肽聚糖层较厚。

肽聚糖层和细胞膜之间的空间称为质子空间，它由脂蛋白酸组成的颗粒层组成。另外，革兰氏阳性细菌的特征在于具有一系列锚定在壁上的磷壁酸。

这种细菌的一个例子是金黄色葡萄球菌，它是人类的病原体。

革兰氏阴性细菌细胞壁

根据规则，不保留步骤（iii）染色的细菌为革兰氏阴性。这就是为什么要使用第二种染料（番红花素）来可视化这组原核生物的原因。因此，革兰氏阴性细菌显示为粉红色。

与革兰氏阳性细菌具有的厚肽聚糖聚糖层不同，阴性细菌具有较薄的肽聚糖层。此外，它们还提供了一层脂多糖，这是其细胞壁的一部分。

我们可以用三明治的类比：面包代表两个脂质膜，内部或填充物是肽聚糖。

脂多糖层由三个主要成分组成：（1）脂质A，（2）多糖核心，和（3）多糖O，它们起抗原的作用。

当这种细菌死亡时，它会释放脂质A，它起着内毒素的作用。脂质与革兰氏阴性细菌感染引起的症状有关，例如发烧或血管扩张。

该薄层不保留第一步中施加的紫色染料，因为酒精洗涤会去除脂多糖层（以及染料）。它们不包含革兰氏阳性中提到的硫磷酸。

这种细菌细胞壁组织模式的例子是著名的大肠杆菌。

革兰氏染色的医学后果

从医学的角度来看，了解细菌壁的结构很重要，因为革兰氏阳性细菌通常可以通过应用青霉素和头孢菌素等抗生素轻松消除。

相反，革兰氏阴性细菌通常对不能穿透脂多糖屏障的抗生素具有抗性。

其他颜色

尽管革兰氏染色是众所周知的，并已在实验室中应用，但还有其他方法可以根据细胞壁的结构区分细菌。其中一种是酸染色，可与细菌紧密结合，而细菌的壁上附着有蜡状物质。

它专门用于区分分枝杆菌物种与其他细菌物种。

生物合成

细菌细胞壁的合成可以发生在细胞的细胞质或内膜中。一旦合成了结构单元，壁的组装就在细菌外部进行。

肽聚糖的合成发生在细胞质中，在那里形成核苷酸，该核苷酸将用作构成壁的大分子的前体。

合成在质膜上进行，在质膜上发生膜脂质化合物的产生。在质膜内部，构成肽聚糖的单元发生聚合。整个过程由不同的细菌酶协助。

降解

溶菌酶的酶促作用可降解细胞壁，溶菌酶是一种天然存在于诸如眼泪，粘液和唾液等液体中的酶。

该酶在革兰氏阳性细菌的壁上更有效地起作用，后者更易于裂解。

该酶的机理包括将肽聚糖的单体嵌段结合在一起的键的水解。

Arqueas的细胞壁

生命分为三个主要领域：细菌，真核生物和古细菌。尽管后者从表面上让人联想到细菌，但它们的细胞壁性质却有所不同。

在古细菌中，可能有也可能没有细胞壁。如果化学成分存在，它会变化，包括一系列多糖和蛋白质，但是到目前为止，尚未报道具有由肽聚糖组成的壁的物种。

但是，它们可能包含一种称为拟脲原的物质。如果应用了革兰氏染色，则它们均为革兰氏阴性。因此，染色在古细菌中没有用。

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