מצגת 3 - מעטפת תא החיידק
Download
Report
Transcript מצגת 3 - מעטפת תא החיידק
מעטפת תא החיידק
הממברנה הציטופלסמטית –
מעטפת העוטפת את מרבית התאים האוקריוטים
והפרוקריוטים .המבנה הבסיסי שלה זהה בכל סוגי
התאים.
מעטפת התא – cell envelope
כלל השכבות המקיפות את התא הפרוקריוטי (כולל
הממברנה הציטופלסמטית).
דופן התא – cell wall
שכבות המעטפת העוטפות את הממברנה
הציטופלסמטית (לא כולל את הנרתיק).
נרתיק – capsule
שכבה רב סוכרית העוטפת תאים של חיידקים
מעטפת תא החיידק
חיידקים גרם חיוביים :
ממברנה ציטופלסמטית
דופן (פפטידוגליקן)
חיידקים גרם שליליים :
ממברנה ציטופלסמטית
חלל פריפלסמי
פפטידוגליקן
ממברנה חיצונית
דופן תא החיידק
חיידקים גרם חיוביים -חיידקים גרם שליליים
גרם חיוב
גרם שלילי
צביעת גרם
כריסטיאן גרהם Christian Gram
פיתח בסוף המאה ה19-
שיטת צביעה המאפשרת מיונם של חיידקים לשתי
קבוצות -על פי מבנה הדופן.
לפי שיטת צביעה זו נצבעים סוגים מסויימים של חיידקים
בצבעים בעלי אופי בסיסי ,ואילו סוגים אחרים אינם קולטים
את הצבע.
בסוף תהליך הצביעה –
חיידקים גרם שליליים (גרם – )-מהם נשטף הצבע.
חיידקים גרם חיוביים (גרם – )+חיידקים אשר נצבעים.
תפקידי הדופן
בסביבה היפוטונית – מגינה על החיידקים מפני ליזיס אוסמוטי.
הדופן שומרת על הצורה האופיינית של תא החיידק.
הדופן ממלאת תפקיד בחלוקת התא.
החיידקים בטבע מצויים ,בדרך כלל ,בסביבות היפוטוניות.
הדופן –
חייבת להיות מבנה קשיח וחזק,
ויחד עם זה חייבת הדופן לאפשר קשר בין התא והסביבה.
צריכה להיות בעלת גמישות מבנית המאפשרת חלוקה של
בתא
לשני תאי-בת המוקפים בדופן.
המבנה הכימי של הפפטידוגליקן
Peptidoglican
מבנה פולימרי מורכב,
מעניק לדופן את קשיחותה
משותף כמעט לכל סוגי החיידקים
המבנה הכימי של הפפטידוגליקן
המולקולות מהן מורכב הפפטידוגליקן
{איפיון על ידי המסה בחומצה (= הידרוליזה חומצית) של דפנות
מבודדות} :
שני סוכרים -ארבע חומצות אמיניות
סוכרים :
-Nאצטיל גלוקוזאמין
N-acetylglucosamine
(נגזרת של גלוקוז ,שבו לפחמן בעמדה 2קשורה קבוצה אמינית (,)NH2
שאחד ממימניה מוחלף בקבוצת אצטיל (.)COCH3
המבנה הכימי של
הפפטידוגליקן -המשך
-Nאצטיל חומצה מורמית
N-acetylmuramic acid
(דומה ל-N -אצטיל גלוקוזאמין ,אך נוספה לו חומצת חלב
( )lactic acidהקשורה לפחמן בעמדה .)3
המבנה הכימי של
הפפטידוגליקן -המשך
חומצות אמיניות :
-Dחומצה גלוטאמית -Dאלאנין -Lאלאנין -Lליזין (חסרה במספר מינים)או חומצה דיאמינופימילית
diaminopimelic acid מופיעה במקום הליזין במקרים בהם היא חסרה.
תרכובת זו אופיינית לדופן התא של חיידקים ,אינה
מופיעה בהרכב חומרים אחרים בטבע.
חומצות אמינו בפפטידוגליקן
המבנה הכימי של
הפפטידוגליקן -המשך
כיצד המולקולות המרכיבות את הפפטידוגליקן
קשורות זו לזו ?
לבירור ,ביצעו החוקרים פירוק אינזימטי של הדופן על ידי
האינזים ליזוזים (אינזים זה מפרק קשרים מסויימים בדופן
תא החיידק).
תוצרי הריאקציה האינזימטית:
דו-סוכרים המורכבים משני הסוכרים NAMוNAG-הקשורים ביניהם בקשר גליקוזידי.
-המרכיב הפולי-סוכרי של הדופן בנוי כסיב פולימרי ארוך
סוכרים המרכיבים את
הפפטידוגליקן
המבנה הכימי של
הפפטידוגליקן -המשך
שאלה -
א .מהי הידרוליזה חומצית ?
ב .מהי הידרוליזה אינזימטית ?
ג .מהם תוצרי ההידרוליזה החומצית ?
ד .מהם תוצרי ההידרוליזה האינזימטית ?
מיקומן של החומצות האמיניות בפפטידוגליקן
(זוהה על ידי שימוש באינזימים הייחודיים לסוגי הקשרים השונים) :
חומצות האמינו יוצרות פפטידים קצרים,
בני 4שיירים,
הקשורים לקבוצת הקרבוקסיל של החומצה המוראמית.
המבנה הכימי של
הפפטידוגליקן -המשך
תכונה יוצאת דופן במבנה הפפטיד –
מופיעות בו חומצות אמיניות בקונפיגורציה ,D
בניגוד לחומצות האמיניות המרכיבות חלבונים
אחרים בטבע ,המופיעות כולן בקונפיגורציה .L
לכל סוג של חומצה אמינית שבפפטיד יש מקום קבוע:
חומצות אמינו וסוכרים המרכיבים את
הפפטידוגליקן
המבנה הכימי של
הפפטידוגליקן -המשך
הפפטידים הקצרים מחוברים האחד לשני בקשרים
צולבים (.)Cross linkages
הקשרים הצולבים נוצרים ,בדרך כלל ,בין האלאנין
הקיצוני בשרשרת פפטידית אחת לבין הקבוצה
האמינית החופשית שבחומצה הדיאמינית בעמדה
3בשרשרת פפטידית אחרת.
הקשרים הצולבים בנויים מ 1 -עד 6שיירים של
החומצה האמינית גליצין ,היוצרים מעין “גשר” ארוך
בין הפפטידים.
הקשרים בין חומצות האמינו והסוכרים
המרכיבים את הפפטידוגליקן
L-alanine
D-glutamic acid
L-lysine/Diaminopimelic acid
D-alanine
D-alanine
Peptidoglycan
Muramic acid
Glucosamine
הקשרים בין חומצות האמינו והסוכרים
המרכיבים את הפפטידוגליקן
הבדלים עיקריים בין גרם חיוביים לבין
גרם שליליים
מאפיינים
גרם חיוביים
גרם שליליים
נצבעים בצביעת גרם
+
_
כמות הפפטידוגלין
קשרים צולבים
בפפטידוגלין
10%-5%מהמשקל
היבש של כלל
מעטפות התא.
כ90%-40% -
ממשקלה היבש של
המעטפת (מרכיב
עיקרי)
פחות מפותחים ,חלק
יותר מפותחים
מהשרשרות אינן
קשורות זו לזו.
Gram Positive Cell Envelope
Lipoteichoic
acid
r
Peptidoglycan-teichoic acid
r
r
r
r
r
Cytoplasmic membrane
Cytoplasm
r
r
r
r
חיידקים חסרי פפטידוגליקן
פרוטופלסטים וספרופלסטים – תוצר מעבדה.
חיידקים בצורת – Lנמצאו במעבדה .איבדו את היכולת
לייצר דופן נורמלית כתוצאה מטיפול כלשהו ,או כתוצאה
ממוטציה.
בתנאים מיוחדים יכולים להמשיך להתחלק.
מיקופלסמה – בעלי ממברנה ציטופלסמטית
חסרי דופן מינים רבים חיים בסביבות איזוטוניות. מינים רבים אינם מתפוצצים בסביבותהיפוטוניות.
-הממברנה הציטופלסמטית חזקה יותר משל
חיידקים חסרי פפטידוגליקן
המשך...
.1
.2
חיידקים הלופיליים :
הלובקטריה
הלוקוקים
חיים בסביבות טבעיות שריכוז המלחים בהן גבוה מאוד.
הדופן בנויה חלבונים בלבד (בריכוזי מלח שבין 25%-35%
מעניקה לתא את צורתו הגלילית).
בריכוזי מלח נמוכים מ 15%-עוברים התאים ליזיס ,והדופן
החלבונית מתפרקת למרכיביה.
חיידקי מתאן – (חיידקים היוצרים גז מתאן) רגישים לליזיס
אוסמוטי ולשבירה מכנית.
הממברנה הציטופלסמטית
מופיעה בכל סוגי התאים והמבנה הבסיסי שלה זהה
בפרוקריוטים ובאוקריוטים.
מורכבת משומנים וחלבונים היוצרים שכבה כפולה בעלת שטח
חיצוני הידרופילי ושטח פנימי הידרופובי.
מולקולות אחרות כגון סטרולים עשויות להקשיח את
הממברנה.
מבנה הממברנה הציטופלסמטית
Sterols and hopanoids
אוקריוטים מכילים בין 25% 5%סטרולים מסך כל
הסטרולים בממברנה .
פרוקריוטים בדרך כלל אינם מכילים סטרולים בממברנה.
מולקולת הסטרולים הינה שטוחה וקשיחה ואילו ח.
השומן הן גמישות.
הסטרולים מייצבים את הממברנה וגורמים לממברנהה
להיות פחות גמישה.
– Hopanoidsמולקולות הדומות לסטרולים ומצויות
בחיידקים מסויימים.
Sterols and hopanoids
תפקידי הממברנה הציטופלסמטית
במיקרואורגניזמים
תפקידי הממברנה הציטופלסמטית
.1
.2
.3
.4
שמירת ההרכב הכימי השונה של פנים התא
ביחס לסביבה החיצונית.
מהווה מחסום ברירני ומונעת מעבר פסיבי של
מרכיבי הציטופלסמה מחוץ או לתוך התא.
מהווה אתר של הרבה חלבונים ,שחלקם
אינזימים ,המעורבים בכניסת או יציאת
חומרים לתא.
מהווה "מתקן" לשימור אנרגיה בתא.
תפקידי הממברנה הציטופלסמטית
תפקידיה הייחודיים של הממברנה
הציטופלסמטית בפרוקריוטים
בתאים פרוקריוטיים -מצויים מרכיבי שרשרת מעבר
האלקטרונים בממברנה הציטופלסמטית (לעומת
הממברנה הפנימית של המיטוכונדריון באוקריוטים).
מרכזי הריאקציה של הפוטוסינתזה בחיידקים ארגמניים -
קבועים בממברנה הציטופלסמטית (באוקריוטים -
באברונים מיוחדים לכך).
ייתכן קשר בין בין ה DNA -והממברנה הציטופלסמטית,
וייתכן כי לממברנה תפקיד בהכפלת הכרומוזום.
התקפלויות של הממברנה הציטופלסמטית לתוך התאים
יוצרות מבנים תוך תאיים המגדילים את שטח פני
הממברנה ומהווים אתרים לפעילויות תאיות שונות.
הממברנה החיצונית של חיידקים גרם
שליליים
מהו אזור המגע בין התאים לבין הסביבה חיצונית ?
האם לממברנה החיצונית והפנימית מבנה זהה?
במה נבדלות הממברנה החיצונית והפנימית ?
מהם יתרונות הממברנה החיצונית ?
מהם חסרונות הממברנה החיצונית ?
כיצד מועברים חומרים דרך הממברנה החיצונית ?
מהם מאפייני הנקבים ) (poresבממברנה החיצונית
?
מהו אזור המגע בין התאים לבין הסביבה
חיצונית ?
גרם חיוביים – פפטידוגליקן. גרם שליליים – ממברנה חיצונית)(outer membrane
המקיפה את
הפפטידוגליקן.
* הקשר בין הממברנה החיצונית והפפטידוגליקן
הדוק ,והם כעין יחידה אחת.
האם לממברנה החיצונית והפנימית מבנה
זהה?
המבנה הבסיסי של הממברנה החיצונית
והפנימית זהה.
מבנה המעטפת בחיידקים גרם שליליים
במה נבדלות הממברנה החיצונית
והפנימית ?
הממברנות נבדלות זו מזו ביכולתן לחסום
מעבר של מולקולות אל תוך התא וממנו
החוצה.
הממברנה הפנימית -מונעת את מעברן של רוב
המולקולות ההידרופיליות
(חוץ מאשר מים).
הממברנה החיצונית –
מולקולרית
המאפשרת דיפוסיה של
מולקולות בעלות מסה מולקולרית
פועלת כ"מסננת"
גסה,
מהם יתרונות הממברנה החיצונית ?
.1פועלת כ"מסננת" מולקולרית גסה.
.2מהווה מחסום ברירני של מולקולות
הידרופוביות או אמפיפטיות מסויימות.
(מחסום זה מונע הרס של חיידקים חיים ע"י
דטרגנטים שונים).
.3מעניקה עמידות גבוהה יותר לצבעים
ולמולקולות אנטיביוטיות מסויימות בהשוואה
לחיידקים גרם חיוביים.
כיצד מועברים חומרים דרך הממברנה
החיצונית ?
מולקולות שמסתן המולקולרית קטנה מ 600 -דלטון
עוברות דרך הממברנה בדיפוסיה.
מעבר מולקולות אלה נעשה דרך הממברנה
החיצונית ההידרופובית מתנהל דרך נקבים
) (poresשבממברנה.
כיצד מועברים חומרים דרך הממברנה
החיצונית ?
המשך...
הפורינים אינם סתם "חורים בממברנה".
מנגנון העברת החומרים דרך הפורינים עדיין אינו
ברור.
העברת חומרים הידרופוביים או חומרים שמסתם
המולקולרית עולה על 600דלטון נעשית באמצעות
נשאים ייחודיים.
מהם מאפייני הנקבים )(pores
בממברנה החיצונית ?
הנקבים שבממברנה נוצרים על-ידי חלבוני הממברנה,
ומכונים בשם הכללי פורינים.
פורינים ) - (porinesחלבונים ממברנליים,
מסודרים בשלשות קוטרם כננומטר ).(nm הנקבים "מרופדים" בשיירים שלחומצות אמיניות פולריות.
מולקולות הידרופוביות אינןעוברות דרך נקבים אלה.
כיצד קשורה הממברנה החיצונית
ליתר שכבות המעטפת ?
הממברנה החיצונית קשורה בקשר הדוק
לפפטידוגליקן.
מולקולות של ליפופרוטאינים מקשרות ,בחידקים -
Gמסויימים ,בין הממברנה לפפטידוגליקן.
(חלבונים קשורים לפפטידו’ ,שומנים קשורים
לממברנה)
פורינים -משתתפים כנראה גם הם בקשירה בין
הממברנה לפפטידו’.
מהם מרכיבי הממברנה החיצונית ?
שכבה פנימית -בנויה ממולקולות של פוספוליפידים.
שכבה חיצונית -בנויה מולקולות ליפופוליסכרידיות LPS
Lipopolysaccharides,
הכוללות שני מרכיבים -ליפידי וסוכרי
.
מולקולות אמפיפתיות
בעלות חלק הידרופובי ליפידי וחלק הידרופילי -הבנוי משרשרות של סוכרים הבולטות משטח פני התא החוצה.
מבנה הממברנה החיצונית בחיידקים גרם
שליליים
מהו מבנה הליפופוליסכרידים בממברנה
החיצונית בחיידקים גרם שליליים ?
ניתן להבחין ב 3 -מרכיבים :
ליפיד A -גרעין coreהבנוי מאוליגוסכרידים
שרשרת של סוכרים המכונה“שרשרת צדדית ,”Oאו “שרשרת .”O
מהם מרכיבי הממברנה החיצונית ?
מאפייני מרכיבי הליפופוליסכרידים
ליפיד - A
-בנוי משרשרות של חומצות שומן רוויות,
אליהן קשורות:שתי מולקולות של הסוכר גלוקוז אמין
ושיירי פוספט.
מאפייני מרכיבי הליפופוליסכרידים -
המשך
הגרעין ושרשרת - O
מהווים יחד את המרכיב הסוכרי העיקרי של
הליפופוליסכריד.
הגרעין –
בנוי מכ10 -שיירי סוכר,
קשור לאחד משני הסוכרים שבליפיד .A
מאפייני מרכיבי הליפופוליסכרידים -
המשך
שרשרת – O
מורכבת יחידות חוזרות בנות 3-6סוכרים,
היוצרים מבנה של כ 40 -סוכרים
הבולט מפני השטח של החיידק החוצה,
כמעיין "זנב".
הסוכרים משתנים בין החיידקים השונים.
* בתנאי מעבדה – החיידקים מאבדים את שרשרות
,O
מהם מרכיבי הממברנה החיצונית ?
סוכרים נדירים במבנה הליפופוליסוכרי
ניתן למצוא סוכרים נדירים בין הסוכרים המרכיבים
את הגרעין ואת שרשרות הסוכרים שבממברנה.
שרשרות צדדיות ואנטיגניות
נוגדנים – נוצרים כנגד שרשרות הסוכרים שעל פני
שטח הפנים החיצוני של החיידקים.
אנטיגנים -משרים יצירת נוגדנים.
לשרשרות הצדדיות (שרשרת – )Oתכונות
אנטיגניות.
ניתן להכין תרכיבים (תכשירים אנטיגניים) נגד
חיידקים ע"י הזרקת שרשרת הסוכרים במקום
הזרקת החיידק השלם.
מרכיבי המעטפת בחיידקים גרם שליליים
מהו החלל הפריפלסמי ומה תפקידו?
חלל פריפלסמי - periplasmic space
מצוי בין הממברנה החיצונית והפנימית.
מכיל חלבונים ואנזימים שונים הנוצרים
בתא ומופרשים אליו דרך הממברנה
הפנימית.
מהם תפקידי חלבוני החלל הפריפלסמי ?
העברת חומרים אל תוך התא. -איכסון חלבונים המשמשים בתנועה כמוטקטית.
אנזימים המפרקים מקרומולקולות כמו RNA, DNAוחלבונים.
אנזימים המשנים או מפרקים תרכובות העשויותלגרום נזק לתא.
חיידקים בעלי נרתיקים (קפסולה)
מהו מבנה הנרתיק ?
-
מרבית הנרתיקים בנויים מפולימרים של
סוכרים,
אולם הרכבם שונה בכל מקרה ,ואופייני לזן.
-
במספר חיידקים מסוג ה– Bacillus -
מורכב הנרתיק מפולימרים של חומצה
אמינית –
ח .גלוטמית ,בעיקר בקונפיגורציה .D
היכן נוצרים מרכיבי הנרתיק ?
ברוב המקרים –
מרכיבי הנרתיק נוצרים בתוך התאים והם
מועברים דרך הממברנה.
תהליך פילמורם של מרכיבים אלה – מתבצע
באמצעות אנזים הממוקם בצידה החיצוני של
הממברנה.
היכן נוצרים מרכיבי הנרתיק ?
בחיידקים מסויימים המשתייכים לחיידקי
חומצת החלב –
הפולימר הסוכרי המרכיב את הנרתיק
נבנה מחומרי מוצא שמקורם מחוץ לתא.
בחיידקים אלה בנויה הקפסולה
מדקסטרן ) -(dextranפולימר של גלוקוז
או מלוואן ) – (levanפולימר של פרוקטוז.
היכן נוצרים מרכיבי הנרתיק ?
סוכרוז – דו-סוכר (המורכב מגלוקוז ופרוקטוז) –
משמש חומר המוצא ליצירת הפולימרים בשני
המקרים.
תהליך הפילמור – מתבצע ע"י אנזים הקשור אל
פני הממברנה מצדה החיצוני.
ניצול גלוקוז כחומר גלם לפולימר – אינו צורך
.ATP
מקור האנרגיה – הקשר הגליקוזידי שבמולקולת
הסוכרוז.
מהם מאפייני הנרתיק ?
הקפסולה יכולה להיות עבה או דקה
קשיחה או גמישה
בהתאם למבנה הכימי בכל אורגניזם.
מהי חשיבות הנרתיק ?
.1ספיחה של חיידקים
.2פתוגניות