Skip to main content
Global

2.3C: קיר התא המהיר בחומצה

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208862

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    הצהרות יסוד לאובייקט למידה זה:

    בחלק זה בנושא אנטומיה של תאים פרוקריוטיים אנו בוחנים את החלקים האנטומיים השונים המרכיבים חיידק. כפי שהוזכר במבוא לסעיף זה, חיידק טיפוסי מורכב בדרך כלל מ:

    • קרום ציטופלסמי מוקף דופן תא פפטידוגליקן ואולי קרום חיצוני;
    • ציטופלזמה נוזלית המכילה אזור גרעיני (נוקלאואיד) וריבוזומים רבים; ו
    • לעתים קרובות מבנים חיצוניים שונים כגון גליקוקליקס, דגלים ופילי.

    ישנם שלושה סוגים עיקריים של דופן תא חיידקי: גראם חיובי, גראם שלילי ומהיר חומצה. כעת נבחן את דופן התא המהירה בחומצה.

    חיידקים מהירים בחומצה מוכתמים בצורה גרועה בהליך כתם הגראם, ונראים חיוביים גראם חלשים או משתנים גרם. הם מאופיינים בדרך כלל באמצעות הליך מכתים מהיר חומצה. כפי שהוזכר בסעיף הקודם בנושא פפטידוגליקן, חיידקים בעלי דופן תא מהירה בחומצה מתנגדים לדה-צבע עם תערובת חומצה-אלכוהול במהלך הליך הצביעה המהיר בחומצה, שומרים על הצבע הראשוני קרבול פוקסין ונראים אדומים (איור). \(\PageIndex{1; left}\) חיידקים נפוצים המהירים בחומצה בעלי חשיבות רפואית כוללים שחפת Mycobacterium, Mycobacterium leprae, קומפלקס Mycobacterium אביום-תוך-תאי ומיני נוקארדיה.

    alt
    איור \(\PageIndex{1}\): (משמאל) סריקת מיקרוגרף אלקטרונים של שחפת Mycobacterium. תמונה מסופקת על ידי ד"ר ריי באטלר וג'ניס קאר. באדיבות המרכז לבקרת מחלות ומניעתן. (מימין) כתם מהיר בחומצה של שחפת Mycobacterium בכיח. שימו לב לבצילי המהיר בחומצה אדמדמה בין הצומח הרגיל הכחול ותאי הדם הלבנים בכיח שאינם מהירים בחומצה.

    מבנה והרכב דופן התא המהיר בחומצה

    חיידקים מהירים בחומצה הם חיוביים לגרם, אך בנוסף לפפטידוגליקן, הממברנה החיצונית או המעטפת של דופן התא המהירה בחומצה של מכילה כמויות גדולות של גליקוליפידים, במיוחד חומצות מיקוליות שבסוג Mycobacterium, מהוות כ -60% מהחומצה קיר תא מהיר (איור). \(\PageIndex{2}\)

    • שכבה 1: לדופן התא המהירה בחומצה של Mycobacterium יש שכבה דקה ופנימית של פפטידוגליקן.
    • שכבה 2: שכבת הפפטידוגליקן מקושרת, בתורו, לערבינוגלקטן (D-arabinose ו- D-galactose).
    • שכבה 3: הערבינוגלקטן מקושר לאחר מכן לקרום חיצוני המכיל חומצות מיקוליות בעלות משקל מולקולרי גבוה. שכבת החומצה הערבינוגלקטן/מיקולית מכוסה בשכבה של פוליפפטידים וחומצות מיקוליות המורכבות משומנים חופשיים, גליקוליפידים ופפטידוגליפידים. גליקוליפידים אחרים כוללים ליפוארבינומנן ופוספטידינוזיטול מנוזיטים (PIM). בדומה לקרום החיצוני של דופן התא הגראם-שלילי, פורינים נדרשים להובלת מולקולות הידרופיליות קטנות דרך הממברנה החיצונית של דופן התא המהירה בחומצה.
    • שכבה 4: המשטח החיצוני של דופן התא המהיר בחומצה משובץ בחלבוני שטח הנבדלים מהזן והמינים של החיידק.
    • שכבה 5: הפריפלזמה היא החומר הג'לטיני בין הפפטידוגליקן לקרום הציטופלזמי.
    מבנה של דופן תא מהירה בחומצה
    איור \(\PageIndex{2}\): מבנה של קיר תא מהיר בחומצה. בנוסף לפפטידוגליקן, דופן התא המהירה בחומצה של Mycobacterium מכילה כמות גדולה של גליקוליפידים, בעיקר חומצות מיקוליות. שכבת הפפטידוגליקן מקושרת ל- arabinogalactan (D-arabinose ו- D-galactose) אשר מקושר לאחר מכן לחומצות מיקוליות בעלות משקל מולקולרי גבוה. שכבת החומצה הערבינוגלקטן/מיקולית מכוסה בשכבה של פוליפפטידים וחומצות מיקוליות המורכבות משומנים חופשיים, גליקוליפידים ופפטידוגליפידים. גליקוליפידים אחרים כוללים ליפוארבינומנן ופוספטידינוזיטול מנוזיטים (PIM). בדומה לקרום החיצוני של דופן התא הגראם-שלילי, פורינים נדרשים להובלת מולקולות הידרופיליות קטנות דרך הממברנה החיצונית של דופן התא המהירה בחומצה. בגלל דופן התא הייחודית שלו, כאשר הוא מוכתם בהליך מהיר בחומצה, הוא יתנגד לדה-צבע עם אלכוהול חומצי ואדום כתם, צבע הכתם הראשוני, קרבול פוקסין. למעט מעט מאוד חיידקים אחרים המהירים בחומצה כמו נוקארדיה, כל החיידקים האחרים יפורקו צבע ויכתמו כחול, צבעו של כתם הנגד הכחול של מתילן.

    פונקציות של רכיבי קיר התא המהירים בחומצה

    • שכבה 1: הפפטידוגליקן מונע תמוגה אוסמוטית.
    • שכבה 2: שכבת הערבינוגלקטן מקושרת הן לפפטידוגליקן והן לממברנה החיצונית של החומצה המיקולית וכנראה מספקת חוזק נוסף לדופן התא.
    • שכבה 3: החומצות המיקוליות וגליקוליפידים אחרים גם מעכבים את כניסתם של כימיקלים הגורמים לאורגניזמים לצמוח לאט ולהיות עמידים יותר בפני חומרים כימיים ורכיבים ליזוזומליים של פגוציטים מאשר רוב החיידקים (איור). \(\PageIndex{2}\) יש הרבה פחות פורינים בדופן התא המהיר בחומצה בהשוואה לדופן התא גרם שלילי והנקבוביות ארוכות בהרבה. זה נחשב לתרום באופן משמעותי לחדירות הנמוכה יותר של חיידקים מהירים בחומצה.
    • שכבה 4: חלבוני השטח בדופן התא המהיר בחומצה, בהתאם לזן ולמין, מבצעים מגוון פעילויות, כולל תפקוד כאנזימים ומשמשים כדבקים, המאפשרים לחיידק להיצמד באופן אינטימי לתאי המארח ולמשטחים אחרים על מנת להתיישב ולהתנגד לשטיפה.
    • שכבה 15 הפריפלזמה מכילה אנזימים לפירוק חומרים מזינים.
    תרגיל: שאלות חשיבה-זוג-שתף

    שחפת Mycobacterium היא חיידק שגדל לאט מאוד עם זמן דור שנמדד לעתים קרובות בימים עד שבועות. הוא גם עמיד לרוב המכריע של האנטיביוטיקה היעילה בדרך כלל נגד חיידקים אחרים והטיפול הוא בדרך כלל בשילוב של תרופות עד 9 חודשים.

    בהתבסס על מה שלמדנו זה עתה, הסבר מה עשוי להסביר את שני המאפיינים הללו.

    המשמעות של רכיבי דופן תאים מהירים בחומצה לתחילת הגנות הגוף

    לגוף שתי מערכות חיסון: מערכת החיסון המולדת ומערכת החיסון ההסתגלותית.

    1. חסינות מולדת היא מנגנוני הגנה לא ספציפיים לאנטיגן בהם מארח משתמש מיד או תוך מספר שעות לאחר החשיפה כמעט לכל חיידק. זוהי החסינות שאדם נולד איתה והיא התגובה הראשונית של הגוף לחיסול חיידקים ולמניעת זיהום.
    2. חסינות מסתגלת (נרכשת) מתייחסת למנגנוני הגנה ספציפיים לאנטיגן שלוקח מספר ימים להיות מגנים ונועדו להגיב עם אנטיגן ספציפי ולהסיר אותו. זוהי החסינות שמתפתחת לאורך החיים.

    ייזום חסינות מולדת

    כדי להגן מפני זיהום, אחד הדברים שעל הגוף לעשות בתחילה הוא לאתר נוכחות של מיקרואורגניזמים. הגוף עושה זאת על ידי זיהוי מולקולות ייחודיות למיקרואורגניזמים שאינם קשורים לתאים אנושיים. מולקולות ייחודיות אלה נקראות דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן או PAMPs. מינים פתוגניים של Mycobacterium כגון שחפת Mycobacterium ו Mycobacterium leprae משחררים חומצה מיקולית, ארבינוגלקטן ושברי פפטידוגליקן מדופן התא המהיר בחומצה שלהם. (מכיוון שלכל החיידקים, לא רק לחיידקים פתוגניים, יש PAMPs, דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן מכונים מתישהו דפוסים מולקולריים הקשורים לחיידקים או MAMPs.)

    PAMPS אלה נקשרים לקולטנים לזיהוי דפוסים או PRRs במגוון תאי הגנה בגוף וגורמים להם לסנתז ולהפריש מגוון חלבונים הנקראים ציטוקינים. ציטוקינים אלה יכולים, בתורם לקדם הגנות חיסוניות מולדות כגון דלקת, פגוציטוזיס, הפעלת מסלולי המשלים והפעלת מסלול הקרישה.

    דלקת היא התגובה הראשונה לזיהום ופציעה והיא קריטית להגנת הגוף. בעיקרון, התגובה הדלקתית היא ניסיון של הגוף לשחזר ולשמור על הומאוסטזיס לאחר פציעה. מרבית מרכיבי ההגנה על הגוף ממוקמים בדם, ודלקת היא האמצעי שבאמצעותו תאי הגנה על הגוף וכימיקלים להגנת הגוף עוזבים את הדם ונכנסים לרקמה סביב אתר פצוע או נגוע.

    לתאי הגנה על הגוף הנקראים מקרופאגים, ולתאים דנדריטים יש קולטנים לזיהוי דפוסים כגון קולטנים דמויי אגרה על פני השטח שלהם הספציפיים לשברי הפפטידוגליקן וחומצות המיקוליות בדופן התא המהיר בחומצה ו/או ל- NODs בציטופלזמה שלהם הספציפיים לשברי פפטידוגליקן. הקישור של רכיבי דופן התא הללו לקולטני זיהוי התבניות המתאימים להם גורם למקרופאגים לשחרר כימיקלים רגולטוריים שונים להגנה הנקראים ציטוקינים, כולל IL-1 ו- TNF-alpha. לאחר מכן הציטוקינים נקשרים לקולטני ציטוקינים בתאי המטרה ויוזמים דלקת ומפעילים הן את מסלולי המשלים והן את מסלול הקרישה.

    חסינות מולדת תידון בפירוט רב יותר ביחידה 5.

    ייזום חסינות מסתגלת

    חלבונים ופוליסכרידים הקשורים לדופן התא המהירה בחומצה מתפקדים כאנטיגנים ויוזמים חסינות אדפטיבית. אנטיגן מוגדר כצורה מולקולרית המגיבה עם מולקולות נוגדנים ועם קולטני אנטיגן על לימפוציטים. אנו מזהים את הצורות המולקולריות הללו כזרות או שונות מהצורות המולקולריות של גופנו מכיוון שהן מתאימות לקולטני אנטיגן ספציפיים על לימפוציטים B ולימפוציטים T שלנו, התאים המבצעים חסינות אדפטיבית.

    החלקים או השברים בפועל של אנטיגן המגיבים עם נוגדנים ועם קולטנים על לימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T נקראים אפיטופים. אפיטופ הוא בדרך כלל קבוצה של 5-15 חומצות אמינו בעלות צורה ייחודית המרכיבה חלק מאנטיגן חלבון, או 3-4 שאריות סוכר המסתעפות מאנטיגן פוליסכריד. למיקרואורגניזם בודד יש מאות רבות של אפיטופים בעלי צורות שונות שהלימפוציטים שלנו יכולים לזהות כזרים ולהעלות נגדם תגובה חיסונית אדפטיבית.

    הגוף מזהה אנטיגן כזר כאשר אפיטופים של אותו אנטיגן נקשרים ללימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T באמצעות מולקולות קולטן ספציפיות לאפיטופ בעלות צורה משלימה לזו של האפיטופ. קולטן האפיטופ על פני השטח של לימפוציט B נקרא קולטן תאי B והוא למעשה מולקולת נוגדנים. הקולטן על לימפוציט T נקרא קולטן תאי T (TCR).

    ישנם שני ענפים עיקריים של התגובות החיסוניות ההסתגלותיות: חסינות הומורלית וחסינות מתווכת תאים.

    1. חסינות הומורלית: חסינות הומורלית כרוכה בייצור מולקולות נוגדנים בתגובה לאנטיגן ומתווכת על ידי לימפוציטים B. באמצעות מגוון מנגנונים, נוגדנים אלה מסוגלים להסיר או לנטרל מיקרואורגניזמים ורעלנים שלהם לאחר קשירה לאפיטופים שלהם.
    2. חסינות מתווכת תאים: חסינות מתווכת תאים כוללת ייצור של לימפוציטים T ציטוטוקסיים, מקרופאגים מופעלים, תאי NK מופעלים וציטוקינים בתגובה לאנטיגן ומתווכת על ידי לימפוציטים מסוג T. תאי הגנה אלה מסייעים בהסרת תאים נגועים ותאים סרטניים המציגים אפיטופים זרים.

    חסינות מסתגלת תידון בפירוט רב יותר ביחידה 6.

    המשמעות של רכיבי דופן תאים מהירים בחומצה לפתוגניות חיידקית

    רוב הנזק בריאות במהלך שחפת נחשב כתוצאה מההשפעות הדלקתיות מייצור מוגזם של TNF-alpha, יחד עם שחרור רכיבים ליזוזומליים רעילים של המקרופאגים המנסים להרוג את שחפת Mycobacterium.

    לחץ על קישור זה, קרא את התיאור של שחפת Mycobacterium, ותוכל להתאים את החיידק לתיאורו בבחינה.

    חומרים אנטי-מיקרוביאליים המעכבים סינתזת דופן תאים מהירה בחומצה לשליטה במיקובקטריום מינים

    INH (איזוניאזיד) חוסם את שילוב החומצה המיקולית בדפנות התא המהירות בחומצה ואילו אתאמבוטול מפריע לשילוב של arabinoglactan (איור). \(\PageIndex{2}\) שניהם מעכבים סינתזה של דופן התא המהירה בחומצה. פיראזינאמיד מעכב סינתזת חומצות שומן בשחפת Mycobacterium.

    שאלות חשיבה-זוג-שיתוף

    תסתכל על מיקרוגרף אלקטרוני השידור הבא וכתם גראם של אותו חיידק.

    u1פיג10a_no label.jpgEcoli01_scale.jpg

    (משמאל) מיקרוגרף אלקטרונים הילוכים: (מימין) כתם גראם

    1. האם האורגניזם הזה גרם חיובי, גראם שלילי או מהיר בחומצה?
    2. איך אתה יכול לדעת? ציין את כל הסיבות.

    סיכום

    1. בגלל אופי דופן התא שלהם, חיידקים מהירים בחומצה מכתים אדום לאחר צביעה מהירה בחומצה.
    2. הסוג Mycobacterium והסוג נוקארדיה הם בין החיידקים הבודדים בעלי דופן תא מהירה בחומצה.
    3. דופן התא המהירה בחומצה מורכבת משכבה פנימית דקה של פפטידוגליקן המקושרת לשכבה של ערבינוגלקטין, אשר בתורו מקושרת לקרום חיצוני המכיל חומצות מיקוליות ומעליו מגוון פוליפפטידים וגליקוליפידים.
    4. פורינים נדרשים להובלת מולקולות הידרופיליות קטנות דרך הממברנה החיצונית של דופן התא המהירה בחומצה.
    5. דופן התא המהירה בחומצה מפעילה הן את ההגנה החיסונית המולדת של הגוף והן את ההגנה החיסונית ההסתגלותית שלו.
    6. הגוף מפעיל חסינות מולדת על ידי זיהוי מולקולות ייחודיות למיקרואורגניזמים שאינן קשורות לתאים אנושיים הנקראים דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן או PAMPs. PAMPs נקשרים לקולטנים לזיהוי דפוסים (PRRs) על תאי הגנה כדי לעורר ייצור ציטוקינים דלקתיים.
    7. דלקת היא האמצעי שבאמצעותו הגוף מעביר תאי הגנה ומולקולות הגנה לאתר זיהום, אולם דלקת מוגזמת עלולה להזיק ואף קטלנית לגוף.
    8. PAMPs הקשורים לדופן התא המהיר בחומצה כוללים מונומרים פפטידוגליקנים, ערבינוגלקטין וחומצות מיקוליות.
    9. אנטיגן הוא צורה מולקולרית המגיבה עם קולטני אנטיגן על לימפוציטים כדי ליזום תגובה חיסונית אדפטיבית.
    10. מולקולות דופן התא יכולות גם לעורר חסינות אדפטיבית כגון ייצור מולקולות נוגדנים כנגד אנטיגנים של דופן התא החיידקי.
    11. כמה חומרים כימותרפיים אנטי-מיקרוביאליים מעכבים סינתזה של דופן התא המהירה בחומצה

    שאלות

    ללמוד את החומר בסעיף זה ולאחר מכן לכתוב את התשובות לשאלות אלה. לא רק ללחוץ על התשובות ולכתוב אותם. זה לא יבחן את הבנתך במדריך זה.

    1. ציין איזה צבע חיידקים מהירים בחומצה מופיעים לאחר הליך הכתם המהיר בחומצה. (נס)
    2. תאר את המבנה והמראה של דופן תא מהירה בחומצה. (נס)
    3. ציין את הפונקציה המועילה לחיידק של המרכיבים הבאים בדופן התא המהיר בחומצה:
      1. פפטידוגליקן (ans)
      2. חומצה מיקולית וגליקוליפידים אחרים (ans)
      3. פורינים (ans)
    4. Mycobacterium tuberculosis הוא הרבה יותר עמיד לאנטיביוטיקה וחומרי חיטוי מאשר רוב החיידקים האחרים. זה גם גדל הרבה יותר לאט. למה זה יכול להיות? (נס)
    5. חידון קיר תא בחירה מרובה (ans)