THÀNH TẾ BÀO VI KHUẨN: ĐẶC ĐIỂM, SINH TỔNG HỢP, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Thành tế bào vi khuẩn là một cấu trúc phức tạp và bán cứng, chịu trách nhiệm bảo vệ và tạo hình dạng cho vi khuẩn. Về mặt cấu trúc, nó được tạo thành từ một phân tử gọi là peptidoglycan. Ngoài tác dụng bảo vệ chống lại sự thay đổi áp suất, vách vi khuẩn cung cấp vị trí neo đậu cho các cấu trúc như lông roi hoặc lông tơ và xác định các đặc tính khác nhau liên quan đến độc lực và khả năng vận động của tế bào.

Một phương pháp được sử dụng rộng rãi để phân loại vi khuẩn theo cấu trúc thành tế bào của chúng là nhuộm Gram. Điều này bao gồm một ứng dụng có hệ thống của thuốc nhuộm màu tím và hồng, trong đó vi khuẩn có thành dày và giàu peptidoglycan nhuộm màu tím (gram dương) và những vi khuẩn có thành mỏng bao quanh bởi lipopolysaccharides nhuộm màu hồng (gram âm).

Nguồn pixabay.com

Mặc dù các sinh vật hữu cơ khác như vi khuẩn cổ, tảo, nấm và thực vật đều có thành tế bào, nhưng cấu trúc và thành phần của chúng khác rất nhiều so với thành tế bào vi khuẩn.

Đặc điểm và cấu trúc

Thành vi khuẩn: mạng peptidoglycan

Trong sinh học, chúng ta thường xác định ranh giới giữa sống và không sống bằng cách sử dụng màng sinh chất. Tuy nhiên, có nhiều sinh vật được bao quanh bởi một hàng rào bổ sung: thành tế bào.

Ở vi khuẩn, thành tế bào được tạo thành từ một mạng lưới phức tạp và phức tạp của đại phân tử gọi là peptidoglycan, còn được gọi là murein.

Ngoài ra, chúng ta có thể tìm thấy các loại chất khác trong vách được kết hợp với peptidoglycan, chẳng hạn như cacbohydrat và polypeptit có độ dài và cấu trúc khác nhau.

Về mặt hóa học, peptidoglycan là một disaccharide có đơn vị monome là N-acetylglucosamine và N-acetylmuramic (từ gốc Murus, có nghĩa là vách).

Chúng tôi luôn tìm thấy một chuỗi được tạo thành từ các tetrapeptit, bao gồm 4 gốc axit amin liên kết với N-acetylmuramic.

Cấu trúc của thành tế bào vi khuẩn tuân theo hai sơ đồ hoặc hai mô hình chung, được gọi là gram dương và gram âm. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ phát triển sâu hơn ý tưởng này.

Cấu trúc bên ngoài thành tế bào

Thông thường, thành tế bào của vi khuẩn được bao quanh bởi một số cấu trúc bên ngoài, chẳng hạn như glycocalyx, roi, sợi trục, fimbriae và pilis.

Glycocalyx bao gồm một chất nền sền sệt bao quanh thành và có thành phần thay đổi (polysaccharid, polypeptit, v.v.). Ở một số chủng vi khuẩn, thành phần của viên nang này góp phần tăng độc lực. Nó cũng là một thành phần quan trọng trong việc hình thành màng sinh học.

Trùng roi là những cấu trúc dạng sợi, có hình dạng giống roi và góp phần vào khả năng di chuyển của sinh vật. Phần còn lại của các sợi tơ nói trên góp phần vào việc cố định tế bào, chuyển động và trao đổi vật chất di truyền.

Thành tế bào vi khuẩn không điển hình

Mặc dù cấu trúc nói trên có thể được khái quát cho đại đa số các sinh vật vi khuẩn, nhưng vẫn có những ngoại lệ rất cụ thể không phù hợp với sơ đồ thành tế bào này, vì chúng thiếu hoặc có rất ít vật chất.

Các thành viên của chi Mycoplasma và các sinh vật liên quan đến phát sinh loài là một trong những vi khuẩn nhỏ nhất từng được ghi nhận. Do kích thước nhỏ, chúng không có thành tế bào. Trên thực tế, lúc đầu chúng được coi là virus chứ không phải vi khuẩn.

Tuy nhiên, phải có một số cách để những vi khuẩn nhỏ này được bảo vệ. Chúng làm được điều này nhờ sự hiện diện của chất béo đặc biệt gọi là sterol, góp phần bảo vệ chống lại sự ly giải tế bào.

Đặc trưng

-Các chức năng sinh học của thành tế bào vi khuẩn

Sự bảo vệ

Chức năng chính của thành tế bào ở vi khuẩn là bảo vệ tế bào, hoạt động như một loại xương ngoài (giống như của động vật chân đốt).

Vi khuẩn chứa một lượng đáng kể các chất hòa tan bên trong. Do hiện tượng thẩm thấu, nước bao quanh chúng sẽ cố gắng đi vào tế bào tạo ra áp suất thẩm thấu, nếu không được kiểm soát có thể dẫn đến ly giải tế bào.

Nếu vách vi khuẩn không tồn tại, hàng rào bảo vệ duy nhất bên trong tế bào sẽ là màng sinh chất mỏng manh có bản chất lipid, màng này sẽ nhanh chóng chịu áp lực do hiện tượng thẩm thấu gây ra.

Thành tế bào vi khuẩn tạo thành một hàng rào bảo vệ chống lại sự dao động áp suất có thể xảy ra, ngăn cản quá trình ly giải tế bào.

Độ cứng và hình dạng

Nhờ đặc tính làm cứng, bức tường giúp hình thành vi khuẩn. Đó là lý do tại sao chúng ta có thể phân biệt giữa các dạng vi khuẩn khác nhau theo yếu tố này, và chúng ta có thể sử dụng đặc điểm này để thiết lập phân loại dựa trên các hình thái phổ biến nhất (cầu khuẩn hoặc trực khuẩn, trong số những loại khác).

Anchor site

Cuối cùng, thành tế bào đóng vai trò là nơi neo đậu cho các cấu trúc khác liên quan đến khả năng vận động và neo đậu, chẳng hạn như trùng roi.

-Các ứng dụng tường

Ngoài các chức năng sinh học này, vách vi khuẩn còn có các ứng dụng lâm sàng và phân loại. Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, bức tường được sử dụng để phân biệt giữa các loại vi khuẩn khác nhau. Hơn nữa, cấu trúc giúp chúng ta có thể hiểu được độc lực của vi khuẩn và loại kháng sinh mà nó có thể nhạy cảm với.

Vì các thành phần hóa học của thành tế bào chỉ dành riêng cho vi khuẩn (không có trong vật chủ là người), thành phần này là mục tiêu tiềm năng cho sự phát triển của thuốc kháng sinh.

Phân loại theo nhuộm Gram

Trong vi sinh vật học, vết bẩn là quy trình được sử dụng rộng rãi. Một số trong số chúng đơn giản và mục đích của chúng là thể hiện rõ ràng sự hiện diện của một sinh vật. Tuy nhiên, các vết bẩn khác thuộc loại khác nhau, trong đó thuốc nhuộm được sử dụng phản ứng tùy thuộc vào loại vi khuẩn.

Một trong những phương pháp nhuộm phân biệt được sử dụng rộng rãi nhất trong vi sinh là nhuộm Gram, một kỹ thuật được phát triển vào năm 1884 bởi nhà vi khuẩn học Hans Christian Gram. Kỹ thuật này cho phép phân loại vi khuẩn thành các nhóm lớn: gram dương và gram âm.

Ngày nay nó được coi là một kỹ thuật có tiện ích y tế tuyệt vời, mặc dù một số vi khuẩn không phản ứng đúng với màu sắc. Nó thường được áp dụng khi vi khuẩn còn nhỏ và đang phát triển.

Quy trình nhuộm Gram

(i) Ứng dụng của thuốc nhuộm chính: mẫu cố định nhiệt được phủ bằng thuốc nhuộm màu tím cơ bản, thường là màu tím pha lê được sử dụng cho việc này. Vết này thấm vào tất cả các tế bào được tìm thấy trong mẫu.

(ii) Ứng dụng của iốt: sau một thời gian ngắn, thuốc nhuộm màu tím được loại bỏ khỏi mẫu và iốt, một chất bám màu, được áp dụng. Ở giai đoạn này, cả vi khuẩn gram dương và âm tính đều có màu tím đậm.

(iii) Rửa: bước thứ ba liên quan đến rửa chất tạo màu bằng dung dịch cồn hoặc bằng hỗn hợp cồn-axeton. Các dung dịch này có khả năng loại bỏ màu, nhưng chỉ có trong một số mẫu.

(iv) Sử dụng safranin: cuối cùng, dung dịch được áp dụng ở bước trước được loại bỏ và bôi một loại thuốc nhuộm khác, safranin, được áp dụng. Đây là một màu đỏ cơ bản. Thuốc nhuộm này được rửa sạch và mẫu đã sẵn sàng để quan sát dưới ánh sáng của kính hiển vi quang học.

Thành tế bào vi khuẩn gram dương

Trong bước (iii) của quá trình nhuộm, chỉ một số vi khuẩn giữ lại thuốc nhuộm màu tím và chúng được gọi là vi khuẩn gram dương. Màu sắc của safranin không ảnh hưởng đến chúng, và khi kết thúc màu sắc thuộc loại này có màu tím.

Nguyên tắc lý thuyết của quá trình nhuộm dựa trên cấu trúc của thành tế bào vi khuẩn, vì nó phụ thuộc vào sự thoát ra hay không thoát ra ngoài của thuốc nhuộm màu tím, tạo phức cùng với iốt.

Sự khác biệt cơ bản giữa vi khuẩn gram âm và dương là số lượng peptidoglycan mà chúng có mặt. Gram dương có một lớp dày của hợp chất này cho phép chúng giữ được màu tím, mặc dù đã rửa sau đó.

Tinh thể màu tím xâm nhập vào tế bào trong bước đầu tiên sẽ tạo thành một phức hợp với iốt, khó thoát ra ngoài khi rửa bằng cồn, nhờ vào lớp peptidoglycan dày bao quanh chúng.

Không gian giữa lớp peptidoglycan và màng tế bào được gọi là không gian plasmic và bao gồm một lớp hạt bao gồm axit lipoteichoic. Ngoài ra, vi khuẩn gram dương có đặc điểm là có một loạt axit teichoic được gắn chặt vào thành.

Một ví dụ của loại vi khuẩn này là loài Staphylococcus aureus, là mầm bệnh cho người.

Thành tế bào vi khuẩn gram âm

Các vi khuẩn không giữ được màu nhuộm ở bước (iii) theo quy luật là gram âm. Đây là lý do tại sao thuốc nhuộm thứ hai (safranin) được áp dụng để hình dung nhóm sinh vật nhân sơ này. Do đó, vi khuẩn gram âm có màu hồng.

Không giống như lớp peptidoglycan dày mà vi khuẩn gram dương có, vi khuẩn âm tính có lớp mỏng hơn nhiều. Ngoài ra, chúng có một lớp lipopolysaccharid là một phần của thành tế bào.

Chúng ta có thể sử dụng cách tương tự như một chiếc bánh mì sandwich: bánh mì đại diện cho hai lớp màng lipid và phần bên trong hoặc phần nhân sẽ là peptidoglycan.

Lớp lipopolysaccharide được tạo thành từ ba thành phần chính: (1) lipid A, (2) lõi của polysaccharide, và (3) polysaccharide O, có chức năng như một kháng nguyên.

Khi một vi khuẩn như vậy chết, nó sẽ giải phóng lipid A, có chức năng như một nội độc tố. Lipid liên quan đến các triệu chứng do nhiễm vi khuẩn gram âm, chẳng hạn như sốt hoặc giãn mạch máu, trong số những triệu chứng khác.

Lớp mỏng này không giữ lại thuốc nhuộm màu tím được áp dụng ở bước đầu tiên, vì quá trình rửa bằng cồn sẽ loại bỏ lớp lipopolysaccharide (và cùng với nó là thuốc nhuộm). Chúng không chứa axit teichoic được đề cập trong gam dương tính.

Một ví dụ về mô hình tổ chức của thành tế bào vi khuẩn là vi khuẩn E. coli nổi tiếng.

Hậu quả y tế của nhuộm Gram

Từ góc độ y tế, điều quan trọng là phải biết cấu trúc của thành vi khuẩn, vì vi khuẩn gram dương thường dễ bị tiêu diệt khi dùng kháng sinh như penicillin và cephalosporin.

Ngược lại, vi khuẩn gram âm thường đề kháng với việc bôi thuốc kháng sinh mà không thể xuyên qua hàng rào lipopolysaccharid.

Các màu khác

Mặc dù nhuộm Gram được biết đến rộng rãi và áp dụng trong phòng thí nghiệm, nhưng cũng có những phương pháp khác giúp phân biệt vi khuẩn theo các khía cạnh cấu trúc của thành tế bào. Một trong số đó là nhuộm axit liên kết mạnh với vi khuẩn có vật liệu giống như sáp bám vào tường.

Điều này được sử dụng đặc biệt để phân biệt các loài Mycobacterium với các loài vi khuẩn khác.

Sinh tổng hợp

Quá trình tổng hợp thành tế bào vi khuẩn có thể xảy ra trong tế bào chất của tế bào hoặc ở màng trong. Khi các đơn vị cấu trúc đã được tổng hợp, quá trình lắp ráp của vách sẽ tiến hành bên ngoài vi khuẩn.

Quá trình tổng hợp peptidoglycan xảy ra trong tế bào chất, nơi các nucleotide được hình thành sẽ đóng vai trò là tiền chất cho đại phân tử tạo nên bức tường này.

Quá trình tổng hợp diễn ra tại màng sinh chất, nơi diễn ra quá trình tạo các hợp chất lipid màng. Bên trong màng sinh chất, xảy ra quá trình trùng hợp các đơn vị tạo nên peptidoglycan. Toàn bộ quá trình được hỗ trợ bởi các enzym vi khuẩn khác nhau.

suy thoái

Thành tế bào có thể bị phân hủy nhờ hoạt động của enzym lysozyme, một loại enzym được tìm thấy tự nhiên trong chất lỏng như nước mắt, chất nhầy và nước bọt.

Enzyme này hoạt động hiệu quả hơn trên thành của vi khuẩn gram dương, vi khuẩn gram dương dễ bị ly giải hơn.

Cơ chế của enzyme này bao gồm sự thủy phân các liên kết giữ các khối đơn phân của peptidoglycan với nhau.

Thành tế bào ở Arqueas

Sự sống được chia thành ba lĩnh vực chính: vi khuẩn, sinh vật nhân chuẩn và vi khuẩn cổ. Mặc dù vi khuẩn sau này bề ngoài gợi nhớ đến vi khuẩn, nhưng bản chất của thành tế bào của chúng là khác nhau.

Trong vi khuẩn cổ có thể có hoặc không có thành tế bào. Nếu thành phần hóa học tồn tại, nó sẽ khác nhau, bao gồm một loạt polysaccharid và protein, nhưng cho đến nay chưa có loài nào có thành cấu tạo bởi peptidoglycan được báo cáo.

Tuy nhiên, chúng có thể chứa một chất được gọi là pseudomurein. Nếu nhuộm Gram, tất cả chúng sẽ là gram âm. Do đó, nhuộm không hữu ích trong vi khuẩn cổ.

Người giới thiệu

1. Albers, SV và Meyer, BH (2011). Vỏ của tế bào cổ. Nature Reviews Microbiology, 9 (6), 414–426.
2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Sinh học tế bào cần thiết. Khoa học Garland.
3. Cooper, G. (2000). Tế bào: Phương pháp tiếp cận phân tử. Ấn bản lần 2. Sinauer Associates.
4. Cooper, GM & Hausman, RE (2007). Tế bào: một cách tiếp cận phân tử. Washington, DC, Sunderland, MA.
5. Cullimore, DR (2010). Tập bản đồ thực hành xác định vi khuẩn. CRC Nhấn.
6. Koebnik, R., Locher, KP, & Van Gelder, P. (2000). Cấu trúc và chức năng của protein màng ngoài vi khuẩn: tóm lại là thùng. Vi sinh phân tử, 37 (2), 239–253.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Sinh học tế bào phân tử phiên bản thứ 4. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia, Tủ sách.
8. Scheffers, DJ và Pinho, MG (2005). Tổng hợp thành tế bào vi khuẩn: những hiểu biết mới từ các nghiên cứu bản địa hóa. Nhận xét Vi sinh vật và Sinh học Phân tử, 69 (4), 585–607.
9. Tortora, GJ, Funke, BR & Case, CL (2016). Vi trùng học. Một lời giới thiệu. Lề.