Il parete cellulare batterica È una struttura complessa e semirigida, responsabile di fornire protezione e forma ai batteri. Strutturalmente, è costituito da una molecola chiamata peptidoglicano. Oltre alla protezione contro le variazioni di pressione, la parete batterica fornisce un sito di ancoraggio per strutture come flagelli o pilis e definisce varie proprietà legate alla virulenza e alla motilità della cellula..
Una metodologia ampiamente utilizzata per classificare i batteri in base alla loro struttura della parete cellulare è la colorazione di Gram. Consiste in un'applicazione sistematica di coloranti viola e rosa, dove i batteri con una parete spessa e ricchi di peptidoglicano si colorano di viola (gram positivi) e quelli con una parete sottile circondati da lipopolisaccaridi si colorano di rosa (gram negativi).
Sebbene altri esseri organici come archaea, alghe, funghi e piante abbiano pareti cellulari, la loro struttura e composizione differiscono profondamente dalla parete cellulare batterica..
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In biologia di solito definiamo i confini tra il vivente e il non vivente usando la membrana plasmatica. Tuttavia, ci sono molti organismi che sono circondati da un'ulteriore barriera: la parete cellulare..
Nei batteri, la parete cellulare è costituita da una rete intricata e complessa di una macromolecola chiamata peptidoglicano, nota anche come mureina..
Inoltre, possiamo trovare altri tipi di sostanze nel muro che si combinano con il peptidoglicano, come carboidrati e polipeptidi di varia lunghezza e struttura..
Chimicamente, il peptidoglicano è un disaccaride le cui unità monomeriche sono N-acetilglucosamina e N-acetilmuramico (dalla radice murus, cosa significa muro).
Troviamo sempre una catena formata da tetrapeptidi, che consiste di quattro residui amminoacidici legati all'N-acetilmuramico..
La struttura della parete cellulare batterica segue due schemi o due schemi generali, noti come gram positivi e gram negativi. Nella prossima sezione svilupperemo questa idea in profondità.
Di solito la parete cellulare dei batteri è circondata da alcune strutture esterne, come il glicocalice, i flagelli, i filamenti assiali, le fimbrie e i peli..
Il glicocalice è costituito da una matrice gelatinosa che circonda la parete ed è di composizione variabile (polisaccaridi, polipeptidi, ecc.). In alcuni ceppi batterici la composizione di questa capsula contribuisce alla virulenza. È anche una componente cruciale nella formazione dei biofilm..
I flagelli sono strutture filamentose, la cui forma ricorda una frusta e contribuisce alla mobilità dell'organismo. Il resto dei suddetti filamenti contribuisce all'ancoraggio della cellula, alla motilità e allo scambio di materiale genetico..
Sebbene la struttura sopra menzionata possa essere generalizzata alla stragrande maggioranza degli organismi batterici, ci sono eccezioni molto specifiche che non si conformano a questo schema della parete cellulare, poiché ne mancano o hanno pochissimo materiale..
Membri del genere micoplasma e gli organismi filogeneticamente correlati sono tra i batteri più piccoli mai registrati. A causa delle loro piccole dimensioni, non hanno una parete cellulare. In effetti, all'inizio erano considerati virus e non batteri..
Tuttavia, ci deve essere un modo per proteggere questi piccoli batteri. Lo fanno grazie alla presenza di speciali lipidi chiamati steroli, che contribuiscono alla protezione contro la lisi cellulare..
La funzione principale della parete cellulare nei batteri è quella di fornire protezione alla cellula, funzionando come una sorta di esoscheletro (come quello degli artropodi).
I batteri contengono una quantità significativa di soluti disciolti all'interno. A causa del fenomeno dell'osmosi, l'acqua che li circonda tenterà di entrare nella cellula creando una pressione osmotica, che se non controllata può portare alla lisi della cellula..
Se la parete batterica non esistesse, l'unica barriera protettiva all'interno della cellula sarebbe la fragile membrana plasmatica di natura lipidica, che cederebbe rapidamente alla pressione provocata dal fenomeno dell'osmosi..
La parete cellulare batterica forma una barriera protettiva contro le fluttuazioni di pressione che possono verificarsi, che impedisce la lisi cellulare.
Grazie alle sue proprietà di rigidità, il muro aiuta a modellare i batteri. Ecco perché possiamo differenziare tra varie forme di batteri in base a questo elemento, e possiamo usare questa caratteristica per stabilire una classificazione basata sulle morfologie più comuni (cocchi o bacilli, tra gli altri)..
Infine, la parete cellulare funge da sito di ancoraggio per altre strutture legate alla motilità e all'ancoraggio, come i flagelli..
Oltre a queste funzioni biologiche, la parete batterica ha anche applicazioni cliniche e tassonomiche. Come vedremo più avanti, il muro viene utilizzato per discriminare tra vari tipi di batteri. Inoltre, la struttura consente di comprendere la virulenza del batterio e a quale classe di antibiotici può essere suscettibile..
Poiché i componenti chimici della parete cellulare sono unici per i batteri (mancanti nell'ospite umano), questo elemento è un potenziale bersaglio per lo sviluppo di antibiotici..
In microbiologia, le macchie sono procedure ampiamente utilizzate. Alcuni di loro sono semplici e il loro scopo è mostrare chiaramente la presenza di un organismo. Tuttavia, altre macchie sono di tipo differenziale, in cui i coloranti utilizzati reagiscono a seconda del tipo di batteri..
Una delle colorazioni differenziali più utilizzate in microbiologia è la colorazione di Gram, una tecnica sviluppata nel 1884 dal batteriologo Hans Christian Gram. La tecnica consente di classificare i batteri in grandi gruppi: gram positivi e gram negativi.
Al giorno d'oggi è considerata una tecnica di grande utilità medica, anche se alcuni batteri non reagiscono adeguatamente alla colorazione. Di solito viene applicato quando i batteri sono giovani e in crescita.
(io) Applicazione del colorante primario: Un campione termofissato viene ricoperto con un colorante viola di base, di solito viene utilizzato il violetto cristallino. Questo colorante permea tutte le cellule trovate nel campione.
(ii) Applicazione di iodio: Dopo un breve periodo di tempo, il colorante viola viene rimosso dal campione e viene applicato iodio, un agente mordente. In questa fase, sia i batteri gram positivi che quelli negativi sono colorati di un viola intenso..
(iii) Lavato- La terza fase prevede il lavaggio del colorante con una soluzione alcolica o con una miscela alcool-acetone. Queste soluzioni hanno la capacità di rimuovere il colore, ma solo da alcuni campioni..
(iv) Applicazione di safranina: Infine si elimina la soluzione applicata nel passaggio precedente e si applica un altro colorante, la safranina. Questa è una colorazione rossa di base. Questo colorante viene lavato e il campione è pronto per essere osservato alla luce del microscopio ottico..
Nella fase (iii) della colorazione solo alcuni batteri trattengono il colorante viola e questi sono noti come batteri gram-positivi. Il colore della safranina non li influenza, e alla fine della colorazione si osservano viola quelli che appartengono a questo tipo..
Il principio teorico della colorazione si basa sulla struttura della parete cellulare batterica, poiché dipende dalla fuoriuscita o meno del colorante viola, che insieme allo iodio forma un complesso..
La differenza fondamentale tra batteri gram negativi e positivi è la quantità di peptidoglicano che presentano. I Gram positivi hanno uno spesso strato di questo composto che consente loro di mantenere la loro colorazione viola, nonostante i successivi lavaggi..
Il cristallo viola che entra nella cellula nella prima fase forma un complesso con lo iodio, che rende difficile la fuoriuscita con il lavaggio alcolico, grazie allo spesso strato di peptidoglicano che li circonda..
Lo spazio tra lo strato di peptidoglicano e la membrana cellulare è noto come spazio plasmatico ed è costituito da uno strato granulare composto da acido lipoteicoico. Inoltre, i batteri gram-positivi sono caratterizzati dall'avere una serie di acidi teicoici ancorati alla parete..
Un esempio di questo tipo di batteri è la specie Staphylococcus aureus, che è un agente patogeno per l'uomo.
I batteri che non mantengono la colorazione del passaggio (iii) sono, per impostazione predefinita, gram negativi. Questo è il motivo per cui viene applicato un secondo colorante (safranina) per poter visualizzare questo gruppo di procarioti. Pertanto, i batteri gram negativi appaiono di colore rosa..
A differenza dello spesso strato di peptidoglicano che si trova nei batteri gram-positivi, i batteri negativi hanno uno strato molto più sottile. Inoltre, presentano uno strato di lipopolisaccaridi che fa parte della loro parete cellulare..
Possiamo usare l'analogia di un panino: il pane rappresenta due membrane lipidiche e l'interno o il ripieno sarebbe il peptidoglicano.
Lo strato lipopolisaccaridico è costituito da tre componenti principali: (1) lipide A, (2) un nucleo di polisaccaridi e (3) polisaccaridi O, che funzionano come antigene..
Quando un tale batterio muore, rilascia il lipide A, che funziona come un'endotossina. Il lipide è correlato ai sintomi causati da infezioni di batteri gram negativi, come febbre o dilatazione dei vasi sanguigni, tra gli altri.
Questo strato sottile non trattiene il colorante viola applicato nella prima fase, poiché il lavaggio con alcol rimuove lo strato di lipopolisaccaride (e insieme ad esso il colorante). Non contengono gli acidi teicoici menzionati nei gram positivi.
Un esempio di questo modello di organizzazione della parete cellulare batterica è il famoso batterio E. coli.
Da un punto di vista medico è importante conoscere la struttura della parete batterica, poiché i batteri gram-positivi di solito sono facilmente eliminati dall'applicazione di antibiotici come la penicillina e la cefalosporina..
Al contrario, i batteri gram negativi sono generalmente resistenti all'applicazione di antibiotici che non riescono a penetrare la barriera lipopolisaccaridica.
Sebbene la colorazione di Gram sia ampiamente conosciuta e applicata in laboratorio, esistono anche altre metodologie che consentono di differenziare i batteri in base agli aspetti strutturali della parete cellulare. Uno di questi è la colorazione acida che si lega fortemente ai batteri che hanno materiali simili alla cera attaccati al muro..
Questo è usato specificamente per differenziare le specie di Mycobacterium da altre specie di batteri.
La sintesi della parete cellulare batterica può avvenire nel citoplasma della cellula o nella membrana interna. Una volta sintetizzate le unità strutturali, l'assemblaggio del muro procede all'esterno dei batteri.
La sintesi del peptidoglicano avviene nel citoplasma, dove si formano i nucleotidi che fungeranno da precursori per questa macromolecola che costituisce il muro..
La sintesi procede alla membrana plasmatica, dove avviene la generazione di composti lipidici di membrana. All'interno della membrana plasmatica avviene la polimerizzazione delle unità che compongono il peptidoglicano. L'intero processo è assistito da diversi enzimi batterici.
La parete cellulare può essere degradata grazie all'azione enzimatica del lisozima, un enzima che si trova naturalmente nei fluidi come lacrime, muco e saliva.
Questo enzima agisce in modo più efficiente sulle pareti dei batteri gram-positivi, essendo questi ultimi più vulnerabili alla lisi..
Il meccanismo di questo enzima consiste nell'idrolisi dei legami che tengono insieme i blocchi monomerici del peptidoglicano..
La vita è divisa in tre domini principali: batteri, eucarioti e archaea. Sebbene questi ultimi ricordino superficialmente i batteri, la natura della loro parete cellulare è diversa.
In archaea può esserci o meno una parete cellulare. Nel caso in cui la composizione chimica esista, essa varia, includendo una serie di polisaccaridi e proteine, ma finora non sono state segnalate specie con una parete composta da peptidoglicano..
Tuttavia, possono contenere una sostanza nota come pseudomureina. Se viene applicata la colorazione di Gram, saranno tutti gram negativi. Pertanto, la colorazione non è utile negli archaea..
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