BACTERIËLE CEL: KENMERKEN EN STRUCTUUR (DELEN) - BIOLOGIE - 2026

De bacteriële cel is de eenvoudigste bekende organisatie van een levend organisme. Bacteriën zijn eencellige organismen die geen kern of organel hebben die door een membraan van de cytosolische inhoud is gescheiden (alle bacteriën worden geclassificeerd binnen het prokaryotische domein).

Wetenschappelijke studies hebben aangetoond dat, ondanks het feit dat bacteriële cellen organellen missen, ze een zeer gecontroleerde en precieze organisatie, regulering en interne dynamiek hebben. Ze beschikken over alle noodzakelijke mechanismen om de vijandige en veranderende omstandigheden van de omgeving waarin ze leven te overleven.

Algemeen diagram van een bacterie en zijn onderdelen (Bron: deze vectorafbeelding is volledig gemaakt door Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Een dergelijk aanpassingsvermogen betekende voor wetenschappers een belangrijk hulpmiddel en een ideaal biologisch model voor het bestuderen van de basisprincipes van moleculaire biologie; Basiskennis over DNA-replicatie, transcriptie en translatie werd eerst begrepen in bacteriële cellen vóór eukaryote cellen.

Alle bacteriecellen zijn microscopisch klein, dat wil zeggen dat ze niet met het blote oog kunnen worden waargenomen zonder een microscoop te gebruiken, wat een groot voordeel is voor de studie van deze micro-organismen, aangezien ze in een kleine ruimte en met weinig voedingsbronnen kunnen worden onderhouden en bestudeerd. aan miljoenen levende cellen.

Momenteel is de bacteriecel een van de belangrijkste biotechnologische instrumenten. Wetenschappers manipuleren het extra chromosomale DNA van bacteriën om synthetisch bijna elk eiwit van menselijk belang te produceren.

Algemene kenmerken van de bacteriële cel

Morfologisch kunnen bacteriële cellen zeer variabel zijn, maar toch hebben ze allemaal gemeenschappelijke kenmerken. Bijvoorbeeld:

- Elke bacteriële cel heeft een celwand eromheen en is samengesteld uit een combinatie van koolhydraten met peptiden die "peptidoglycaan" wordt genoemd.

- Bacteriële cellen zijn eencellige organismen, dat wil zeggen dat elke cel een compleet organisme is dat kan groeien, voeden, zich voortplanten en afsterven.

- Het genetisch materiaal van bacteriën is "verstrooid" of opgezwollen in een grote wirwar die ondergedompeld is in het celcytosol, in een gebied dat bekend staat als het nucleoïde gebied.

- Veel bacteriën hebben gespecialiseerde structuren voor voortbeweging, "flagellum" genaamd, die zich in de buitenste delen van hun lichaam bevinden.

- Het is gebruikelijk om bacteriële cellen te vinden die kolonies vormen of een symbiotische relatie onderhouden met andere organismen, en bovendien zijn veel bacteriën pathogeen voor mensen.

- De meeste bacteriën zijn bijna 10 of 15 keer kleiner dan de grootte van een dierlijke cel (eukaryoot), aangezien ze niet langer zijn dan een eenheid van micron.

- Ze worden aangetroffen in alle bestaande omgevingen in de biosfeer, aangezien er micro-organismen zijn die zijn aangepast aan praktisch elke omgevingsconditie.

Structuur van de bacteriële cel (delen)

Veel wetenschappers verdelen de bacteriële cel in drie anatomische regio's om de studie te vergemakkelijken. Deze drie regio's die gebruikelijk zijn voor elk type waargenomen bacteriële cel en zijn:

- Het externe gebied , bestaande uit extracellulaire structuren (onder andere flagella, haren, trilharen)

- Het celdekkingsgebied , bestaande uit de celwand en het cytoplasmatische membraan

- Het interne gebied , gevormd door het cytosol en alle daarin opgehangen structuren.

Afhankelijk van de bacteriesoort die in elke regio wordt bestudeerd, worden sommige structuren en delen waargenomen die verschillen van de "typische" bacteriële cel. De meest voorkomende voor elke bacteriële cel worden echter uitgelegd en geclassificeerd op basis van elke regio waarin ze worden aangetroffen.

Extracellulair gebied

- Capsule : het is een polymeeroppervlak dat de hele celwand van bacteriën bedekt. Het bestaat uit slijm en glycocalyx, die op hun beurt weer bestaan ​​uit overvloedige koolhydraatmoleculen die zijn gebonden aan lipiden en eiwitten. De capsule vervult een belangrijke beschermende functie voor de cel.

- Film : het is een oppervlak, een vloeistof of een viskeuze matrix waarin de bacteriecellen zijn ondergedompeld. Ze zijn gevormd uit polysacchariden die qua samenstelling vergelijkbaar zijn met de polysacchariden van de capsule en vervullen in het algemeen functies bij de bescherming en bij de verplaatsing van cellen.

- Fimbriae : het zijn een soort van zeer talrijke draadvormige aanhangsels die vastzitten aan de celwand van bacteriën. Deze dienen voor de mobiliteit en hechting van bacteriële cellen aan elk oppervlak. Ze zijn gemaakt van een hydrofoob eiwit dat pilin wordt genoemd.

Fimbriae van E. coli-bacteriën. Het heeft ongeveer 200. Bron: (Afbeelding: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Seksuele pili: sommige fimbriae (enkele) worden gemodificeerd om een ​​soort "pijp" te vormen, die door bacteriën wordt gebruikt voor conjugatie (de overdracht van genetisch materiaal tussen verschillende bacteriën), wat een soort "seksuele voortplanting" is primitief.

- Flagella : het zijn langere filamenten dan de fimbriae en bestaan ​​uit eiwitten; ze hebben een "staart" -uiterlijk. Ze vervullen de sturende functie voor de beweging van cellen en zijn verankerd aan het celmembraan. In dezelfde bacteriecel kunnen één tot honderden flagellen worden aangetroffen.

Vibrio vulnificus-bacterie met flagella. CDC / Janice Haney Carr / Openbaar domein

Diagram van een bacterieel flagellum (Bron: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Dekkingsgebied

De celbedekking bestaat over het algemeen uit een cytoplasmatisch membraan en een peptidoglycaanlaag die de "celwand" wordt genoemd. De envelop is opgebouwd uit complexen van lipiden, koolhydraten en eiwitten. De chemische samenstelling van de peptidoglycaanomhulling wordt gebruikt als classificatie om onderscheid te maken tussen twee soorten bacteriën.

Gram-positieve bacteriën en Gram-negatieve bacteriën. Grampositieve bacteriën worden gekenmerkt door een dikke laag peptidoglycaan, zonder een buitenmembraan dat deze bedekt, terwijl gramnegatieve bacteriën slechts een dunne laag peptidoglycaan hebben met daarop een buitenmembraan.

- Cytoplasmatisch membraan : het heeft een vergelijkbare structuur als het celmembraan van eukaryote cellen. Het is een fosfolipide dubbellaag met bijbehorende eiwitten (integraal of perifeer). Het verschilt echter van het membraan van eukaryote cellen doordat het geen endogeen gesynthetiseerde sterolen bevat.

Het cytoplasmatische membraan van bacteriële cellen is een van de belangrijkste structuren, omdat het daar is waar celfusie, elektronentransport, eiwitsecretie, nutriëntentransport en lipidebiosynthese plaatsvinden, enz.

Binnenste regio

- Genoom : in tegenstelling tot eukaryote cellen bevindt het genoom van bacteriële cellen zich niet in een vliezige kern. In plaats daarvan bestaat het als een wirwar van DNA die in een min of meer ronde vorm is samengeperst en associeert met sommige eiwitten en RNA. Dit genoom is veel kleiner dan het eukaryotische genoom: het is ongeveer 3 tot 5 MB groot en vormt een enkel circulair topologiechromosoom.

- Plasmiden of extrachromosomale DNA-moleculen : het zijn kleine circulaire DNA-moleculen die onafhankelijk van cellulair genomisch DNA kunnen repliceren. Over het algemeen worden plasmide-DNA-moleculen uitgewisseld tijdens conjugatie, omdat hierin de informatie die nodig is voor resistentie tegen antibiotica en / of toxines wordt gecodeerd.

Bacterieel DNA en plasmiden. Oorspronkelijk bestand: Gebruiker: Spaully. Vertaling: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomen : ribosomen nemen deel aan de vertaling van RNA dat werd getranscribeerd uit de sequentie van een gen dat codeert voor een eiwit. Elke bacteriecel heeft binnenin ongeveer 1500 actieve ribosomen. De ribosoomsubeenheden van de bacteriële cel zijn jaren 70, 30 en 50, terwijl eukaryote cellen subeenheden uit de jaren 60 en 40 hebben.

Het is gebruikelijk dat antibiotica de ribosomen van bacteriën aanvallen, de translatie van eiwitten blokkeren en cellysis of dood veroorzaken.

- Endosporen : bacteriën hebben interne sporen die zich in een slapende toestand bevinden en worden gebruikt om te overleven wanneer de omgevingsomstandigheden extreem zijn. Endosporen komen uit hun slapende toestand wanneer verschillende receptoren op het oppervlak detecteren dat de omstandigheden weer gunstig zijn; Hierdoor ontstaat een nieuwe, volledig functionele bacteriecel.

Groene endosporen in bacteriële cellen. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Granulaat of insluitingslichamen : deze fungeren als een soort reserve voor koolhydraten, fosfaatverbindingen en andere moleculen. Hun samenstelling varieert naargelang de bacteriesoort en ze zijn met optische microscopen goed zichtbaar in het cytoplasma.

Referenties

1. Cabeen, MT en Jacobs-Wagner, C. (2005). Bacteriële celvorm. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP en Smith, CJ (2007). Structuur en samenstelling van microben.
3. Gitai, Z. (2005). De nieuwe bacteriële celbiologie: bewegende delen en subcellulaire architectuur. Cell, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). De bacteriële celenvelop. Cold Spring Harbor-perspectieven in de biologie, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., en Woolverton, CJ (2009). Prescott's principes van microbiologie. Boston (MA): McGraw-Hill Higher Education.