جستجو در کتاب ها   جستجو در مقالات   جستجو در کل سایت
تاریخ ثبت : دوشنبه 27 خرداد 1398 ساعت 57 : 1     میکروب شناسی جاوتز
بخش 1 مبانی میکروب شناسی - فصل 2 ساختار سلول

فصل 2  ساختار سلول

برای مطالعه سایر فصل های کتاب میکروب شناسی پزشکی جاوتز

(جهاندیده و جهاندیده)

بر روی فهرست کتاب

کلیک نمائید.

 

در اين فصل، ما ساختار پايه و عملكرد اجزاى سازنده سلول‌ هاى يوكاريوتى و پروکاریوتی را به بحث خواهيم گذارد. به لحاظ تاريخى، اين ميكروسكوپ بود كه نخستين بار وجود باكترى ‌ها و به دنبال آن اسرار ساختمان سلول را آشکار ساخت. امروزه، ميكروسكوپ به عنوان ابزارى قدرتمند در زيست ‌شناسى سلولى بر جاى مانده است.

 

روش‌ هاى بصرى

ميكروسكوپ نورى

قدرت تفكيك ميكروسكوپ نورى (light microscope) تحت شرايط ايده‌ آل در حدود نصف طول موج نورى است كه از آن استفاده مى‌شود. [قدرت تفكيك (resolving power) فاصله‌اى است كه بايد دو منبع نقطه‌اى از نور را از يكديگر تفكيك نمايد تا آن‌ها به صورت دو تصوير مجزا از هم مشاهده گردند]. بنابراين، با نور زرد يك طول موج 4/0 ميكرومترى، كمترين فاصله قابل تمايز در حدود 2/0 ميكرومتر، يعنى يك سوم عرض يك سلول پروكاريوتى معمولى است.

    بزرگنمايى مفيد يك ميكروسكوپ به بزرگنمايى ‌اى اطلاق مى‌گردد كه كوچك ‌ترين ذرات قابل تفكيك را قابل مشاهده سازد. در ميكروب ‌شناسى، معمولاً چند نوع ميكروسكوپ نورى مورد استفاده قرار مى‌ گيرد.

 

الف) ميكروسكوپ زمينه روشن

ميكروسكوپ زمينه روشن (bright-field microscope) متداول ‌ترين ميكروسكوپ مورد استفاده در ميكروب ‌شناسى است. اين ميكروسكوپ از دو سرى عدسى برخوردار است كه عمل آن‌ها با هم به آشكار سازى تصوير مى ‌انجامد. در اين ميكروسكوپ‌ ها عمومـاً يك عدسى شيئـى (objective lens) با قـدرت 100 و يك عدسـى چشمـى (ocular lens) با قدرت 10 به كار مى‌رود، از اين‌ رو نمونه 1000 برابر بزرگ تر ديده مى‌شود. بنابراين، ذراتى با قطر 2/0 ميكرومتر تا حدود 2/0 ميلى ‌متر نشان داده شده و به وضوح قابل رؤيت خواهند بود. بزرگنمايى بيشتر، تفكيك بيشتر جزئيات را به همراه نداشته و مى‌تواند از ميدان ديد بكاهد.

    به كمك اين ميكروسكوپ، نمونه‌ ها به خاطر تباين يا تضاد (contrast) بين آن‌ها و محيط اطراف نمايان مى‌گردند. مشاهده بسيارى از باكترى‌ ها با اين ميكروسكوپ دشوار است، زيرا آن‌ها فاقد تباين با محيط پيرامون خود مى‌باشند. به منظور افزايش تباين و سهولت در مشاهده آن‌ها مى‌توان از رنگ ‌ها براى رنگ‌ آميزى سلول‌ ها يا اجزاى آن‌ها سود جست.

 

ب) ميكروسكوپ اختلاف فاز (فاز متضاد)

ميكروسكوپ اختلاف فاز (phase contrast microscope) جهت اصلاح تباين (تضاد) ميان سلول‌ ها و محيط اطراف آن‌ها ابداع گرديد و ديدن سلول‌ هاى زنده را بدون رنگ ‌آميزى آن‌ها امكان‌پذير نمود، در حالى كه در ميكروسكوپ زمينه روشن بايد از نمونه‌ هاى كشته شده و رنگ ‌آميزى شده استفاده مى‌شد. مزيت ميكروسكوپ اختلاف فاز از اين واقعيت ناشى مى‌شود كه امواج نورىِ عبور كننده از ميان اجسام شفاف، نظير سلول‌ها، بر اساس خصوصيات موادى كه از آن مى‌گذرند، در فاز هاى مختلف پديدار مى‌گردند. اين اثر به كمك حلقه خاصى در عدسى شيئى ميكروسكوپ اختلاف فاز تقويت گشته و به پيدايش تصويرى تيره در يك پس زمينه روشن منتج مى‌شود.

 

پ) ميكروسكوپ زمينه تاريك

ميكروسكوپ زمينه تاريك (dark-field microscope) يك ميكروسكوپ نورى است كه سيستم نور در آن به نحوى تغيير پيدا كرده است تا نور تنها از لبه‌ هاى نمونه برسد. اين عمل با استفاده از يك كندانسور ويژه صورت مى‌گيرد كه هم تابش‌ هاى مستقيم نور را مسدود مى‌ کند و هم نور را از روى يك آينه روى لبه كندانسور در يك زاويه غير قائم منحرف مى‌نمايد. در نتيجه، يك «زمينه ی تاريك» كه در تضاد با حاشيه پر نور تر نمونه است در هنگامى كه تابش غير قائمه از كنار نمونه به سمت عدسى شيئى ميكروسكوپ باز تابانيده شود، به وجود مى‌آيد. بنابراين، اين ميكروسكوپ خصوصاً براى مشاهده ارگانيسم ‌هايى مانند ترپونما پاليدوم - يك اسپيروكت با قطر كمتر از 2/0 ميكرومتر كه با ميكروسكوپ زمينه روشن يا اختلاف فاز قابل مشاهده نيست - سودمند است (شكل 1-2،A).

 

ت) ميكروسكوپ فلئورسنس

ميكروسكوپ فلئورسنس (fluorescence microscope) براى مشاهده نمونه ‌هاى فلئورسنت - كه داراى توانايى جذب طول موج‌هاى كوتاه نور (فرابنفش) و آزاد كردن آن در طول موجى بلند تر (مرئى) هستند - كاربرد دارد. برخى ارگانيسم‌ ها ذاتاً فلئورسنت ‌اند، زيرا در سلول‌هاى آن‌ها  به طور طبيعى مواد فلئورسنت نظير كلروفيل وجود دارد. آن دسته از ارگانيسم‌ هايى را كه به طور طبيعى فلئورسنت نيستند مى‌توان با گروهى از رنگ‌ هاى فلئورسنت موسوم به فلئوروكروم ‌ها رنگ‌آميزى نمود. از ميكروسكوپ فلئورسنس به طور گسترده در ميكروب‌ شناسى تشخيصی بالينى استفاده مى‌شود. براى مثال، فلئوروكروم اورامين O، كه در هنگام مواجهه با نور فرابنفش به رنگ زرد مى ‌درخشد، توسط مايكوباكتريوم توبركلوزيس، عامل سل، به شدت جذب مى‌گردد. زمانى كه اين رنگ براى نمونه ی مشكوك به مايكوباكتريوم توبركلوزسيس به كار رود و در پى آن نمونه ی مورد نظر در معرض نور فرابنفش قرار گيرد، باكترى مى‌ تواند با ظهور ارگانيسم‌ هاى زرد روشن در يك پس زمينه تاريك تشخيص داده شود.

    استفاده اصلى از ميكروسكوپ فلئورسنس در يك تكنيك تشخيصى به نام تكنيك فلئورسنت - آنتى‌بادى (FA) يا ايمونوفلئورسنس است. در اين تكنيك، آنتى‌ بادى ‌هاى اختصاصى (براى مثال، آنتى ‌بادى‌هاى ضد لژيونلا پنوموفيلا) به طور شيميايى با يك فلئوروكروم، نظير فلئورسئين ايزوتيوسيانات (FITC نشاندار مى‌گردند. آنگاه، اين آنتى ‌بادى‌ هاى فلئورسنت از لبه ی ميكروسكوپ به نمونه ی بالينى اضافه مى ‌شوند. چنانچه نمونه در بر دارنده لژيونلا پنوموفيلا باشد، آنتى ‌بادى‌ هاى فلئورسنت به آنتى ‌ژن‌ هاى موجود روى سطح باكترى اتصال پيدا نموده و در اثر مواجهه با نور فرابنفش، فلئورسنت خواهند بود (شکل 1-2، B).

 

ث) ميكروسكوپ متضاد تداخلى افتراقى

در ميـكـروسكـوپ متضـاد تداخـلى افـتراقـى یــا DIC (Differential interference contrast microscope) از يك پُلاريزر (متضاد كننده يا دو قطبى‌كننده) براى توليد نور دو قطبى استفاده مى‌شود. پرتو نور دو قطبى از يك منشور عبور مى‌نمايد تا دو پرتو مجزا ايجاد كند؛ اين پرتو ها با گذر از نمونه، وارد عدسى شيئى شده و در آن‌جا دوباره به شكل يك نور واحد تركيب مى‌گردند. به دليل اختلافات ناچيز در ضريب انكسار موادى كه پرتو ها از ميان آن‌ها مى‌گذرند، پرتو هاى تركيبى كاملاً در يك فاز نبوده، بلكه به جاى آن يك اثر تداخلى پديد مى‌آيد كه بر شدت اختلافات نامحسوس در ساختار سلول مى‌افزايد. ساختار هايى نظیر اسپور ها، واكوئل‌ ها و گرانول‌ ها سه بعدى به نظر مى‌رسند. ميكروسكوپ DIC به طور خاص جهت مشاهده سلول‌ هاى رنگ‌آميزى نشده سودمند واقع مى‌شود، چرا كه توانايى توليد تصاويرى را دارد كه ساختار هاى درون سلولى در آن‌ها آشكار است، در صورتى كه چنين ساختار هايى در تكنيك ‌هاى زمينه روشن كمتر نمايان مى‌گردند.

 

ميكروسكوپ الكترونى

قدرت تفكيك بالاى ميكروسكوپ الكترونى دانشمندان را قادر ساخته است تا بتوانند به مشاهده ساختار هاى جزئى سلول ‌هاى پروكاريوتى و يوكاريوتى بپردازند. قدرت تفكيك بالاتر ميكروسكوپ الكترونى ماحصل اين واقعيت است كه الكترون‌ ها طول موج بسيار كوتاه ‌ترى نسبت به فوتون‌ هاى نور سفيد دارند.

    به طور کلی، دو نوع ميكروسكوپ الكترونى مورد استفاده است : ميكروسكوپ الكترونى گذاره يا TEM (transmission electron microscope)، كه ويژگى‌ هـاى مشترك زيادى با ميكروسكوپ‌ هاى نورى دارد، و ميكروسكوپ الكترونى نگاره يا SEM (scanning electron microscope). نخست TEM  توسعه پيدا كرد. در اين ميكروسكوپ، پرتوى از الكترون ‌ها از يك تفنگ الكترونى پرتاب شده و به وسيله يك عدسى كندانسور الكترومغناطيسى روى نمونه‌اى نازك هدايت يا تمرکز مى‌يابد. الكترون ‌ها پس از اصابت به نمونه، بر اساس تعداد و اندازه اتم ‌هاى نمونه به طرز متفاوتى متفرق مى‌شوند؛ برخى الكترون‌ ها از نمونه عبور نموده و توسط يك عدسى شيئىِ الكترومغناطيسى جمع‌آورى و متمركز مى‌گردند. عدسى شيئى تصويرى از نمونه را به منظور بزرگنمايى بيشتر به يك سيستم عدسى پروژكتور عرضه مى‌دارد. با برخورد تصوير به صفحه‌اى كه هنگام اصابت الكترون ‌ها به آن فلئورسنت مى‌شود، تصوير قابل مشاهده خواهد شد. اين تصوير را مى‌توان بر روى يك فيلم عكاسى ثبت كرد. TEM مى‌تواند ذراتى در فاصله 001/0 ميكرومتر را آشكار سازد. بنابراين، ويروس ‌ها با قطر 2/0-1/0 ميكرومتر به سهولت نمايان مى‌ گردند.

SEM     معمولاً نسبت به TEM از قدرت تفكيك كمترى برخوردار مى‌باشد؛ با اين وجود، اين ميكروسكوپ به طور ويژه براى تهيه تصاوير سه بعدى از سطح نمونه‌ هاى ميكروسكوپى سودمند است. الكترون ‌ها از طريق عدسى‌ ها در يك نقطه بسيار كوچك تمركز مى‌يابند. برهم‌كنش الكترون‌ ها با نمونه منجر به رها سازى اشكال متفاوتى از تابش (براى مثال، الكترون‌ هاى ثانويه) از سطح ماده شده كه مى‌تواند توسط يك آشكار ساز مناسب ضبط گردد و پس از تقويت، بر روى صفحه تلويزيون نمايش داده شود (شكل 1-2،C ).

    يك تكنيك مهم در بررسى با ميكروسكوپ الكترونى، «سايه‌زدن»  مى‌باشد. اين كار مستلزم رسوب يك لايه نازك از فلز سنگين (مانند پلاتين) بر روى نمونه، با قرار دادن آن در مسير يك پرتو از يون‌هاى فلزى در خلاء است. پرتو با زاويه اندكى نسبت به نمونه هدايت مى‌شود، به نحوى كه سايه‌اى به شكل يك ناحيه ی پوشيده نشده در طرف ديگر به دست مى‌آيد. سپس، هنگامى كه در ميكروسكوپ الكترونى، يك پرتو از الكترون از نمونه پوشيده شده عبور داده شود، از تصوير «منفى» يك عكس مثبت ايجاد، و يك جلوه ی سه بعدى پديدار مى‌گردد (براى مثال، شكل 21-2 را ببينيد).

    ساير تكنيك‌ هاى مهم در بررسى با ميكروسكوپ الكترونى عبارتند از : بهره‌ گيرى از برش ‌هاى فوق نازك از مواد، روش انجماد خشك نمونه‌ ها كه مانع از تخريب ناشى از فرآيند هاى خشك كردن معمول مى‌شود، و استفاده از رنگ ‌آميزى منفى با يك ماده الكترون- چگال نظير اسيد فسفو تنگستيك يا نمك‌ هاى اورانيل (براى مثال، شكل 1-42 را ببينيد). بدون نمك‌ هاى فلزى سنگين، تباين كافى جهت آشكار شدن جزئيات نمونه به دست نمى ‌آيد.

 

ميكروسكوپ ليزرى نگاره كانونى

ميـكـروسـكــوپ ليـزرى نگـاره كـانـونـى يــا CSLM (confocal scanning laser microscope) از اتصال يك منبع نور ليزر به يك ميكروسكوپ نورى ايجاد مى‌گردد. در اين ميكروسكوپ، يك پرتو ليزر از روى آينه ‌اى كه آن را به يك ابزار اسكن‌ كننده هدايت مى‌كند تابيده مى‌شود. سپس، پرتو ليزر از ميان يك روزنه كوچك مى‌گذرد. اين روزنه به دقت زاويه كانونى پرتو را به يك لايه ی عمودىِ مشخص از نمونه مى‌تاباند. با روشن شدنِ تنها يك صفحه ی واحد از نمونه، شدت نور سريعاً در بالا و پايين سطح كانونى افت مى‌نمايد و نور انحرافى از ساير سطوح كانون به حداقل مى‌رسد. بنابراين، در يك نمونه ی نسبتاً ضخيم، لايه‌ هاى گوناگونى را مى‌توان با تنظيم زاويه كانونى پرتو ليزر مشاهده نمود.

    براى بيشتر نمايان گشتن سلول‌ ها، اغلب مى‌توان آن‌ها را با رنگ هاى فلئورسنت رنگ‌ آميزى كرد. به طور جايگزين، تصاوير رنگى كاذب را مى‌توان با تنظيم ميكروسكوپ در شيوه ‌اى كه لايه‌ هاى مختلف، رنگ‌ هاى متفاوت را كسب كنند، به وجود آورد. CSLM با نرم ‌افزار رایانه ای تجهيز مى‌گردد تا تصاوير ديجيتال را جهت پردازش تصوير نهايى سر هم نمايد. بنابراين، تصاوير به دست آمده از لايه‌ هاى مختلف مى‌توانند ذخيره شوند و آنگاه به طور ديجيتالى روى هم قرار گيرند تا تصويرى سه بعدى از نمونه كامل بازسازى گردد.

 

ميكروسكوپ ‌هاى كاوشگر نگاره

دسته جديدى از ميكروسكوپ ‌ها با نام ميكروسكوپ‌ هاى كاوشگر نگاره (scanning  probe  microscope) ويژگى‌ هاى سطحى را با حركت ‌دادن يك كاوشگر (پروب) نوك تيز روى سطح نمونه مى‌سنجند. ميكروسكوپ تونلى نگاره (scanning tunneling microscope) و ميكروسكوپ نيروى اتمى (atomic force microscope) مثال‌ هايى از اين گروه جديد از ميكروسكوپ ‌ها هستند، كه به كمك آن‌ها دانشمندان قادر خواهند بود اتم‌ ها و مولكول ‌هاى روى سطح يك نمونه را ببينيد. براى مثال، برهم‌كنش‌هاى بين پروتئين‌ هاى باكترى اشريشياكولى را مى‌توان با استفاده از ميكروسكوپ نيروى اتمى مطالعه نمود (شکل 2-2).

 

ساختار سلول - روش‌ هاى بصرى - ميكروسكوپ نورى - قدرت تفكيك ميكروسكوپ نورى - light microscope - قدرت تفكيك - resolving power - ميكروسكوپ زمينه روشن - bright-field microscope - عدسى شيئـى (objective lens) - عدسـى چشمـى (ocular lens) - تباين يا تضاد (contrast) - ميكروسكوپ اختلاف فاز - فاز متضاد - phase contrast microscope - ميكروسكوپ زمينه تاريك - dark-field microscope - ميكروسكوپ فلئورسنس - fluorescence microscope - فلئوروكروم ‌ها - فلئوروكروم اورامين O - تكنيك فلئورسنت - آنتى‌بادى (FA) - ايمونوفلئورسنس - DIC - آنتى ‌بادى‌هاى ضد لژيونلا پنوموفيلا - فلئورسئين ايزوتيوسيانات (FITC) - ميكروسكوپ متضاد تداخلى افتراقى - Differential interference contrast microscope - پُلاريزر - SEM - متضاد كننده يا دو قطبى‌كننده - ميكروسكوپ الكترونى - TEM - ميكروسكوپ الكترونى گذاره - transmission electron microscope - ميكروسكوپ الكترونى نگاره - scanning electron microscope - تفنگ الكترونى - عدسى كندانسور - عدسى شيئىِ - بهره‌ گيرى از برش ‌هاى فوق نازك از مواد - روش انجماد خشك نمونه‌ ها - رنگ ‌آميزى منفى - ماده الكترون- چگال - اسيد فسفو تنگستيك - نمك‌ هاى اورانيل - نمك‌ هاى فلزى سنگين - تباين كافى - ميـكروسكوپ ليزرى نگـاره كـانونى - - confocal scanning laser microscope - زاويه كانونى پرتو ليزر - CSLM - رنگ هاى فلئورسنت - تصاوير رنگى كاذب - ميكروسكوپ ‌هاى كاوشگر نگاره - scanning probe microscope - كاوشگر (پروب) - ميكروسكوپ تونلى نگاره - scanning tunneling microscope - ميكروسكوپ نيروى اتمى - atomic force microscope - ساختار سلول يوكاريوتى - هسته (nucleus) - ژنوم سلول - شبكه اندوپلاسمى - غشاى هسته‌اى - تراوايى انتخابى - مارپيچ دوتايى - هستك (nucleolus) - سنتز RNA ريبوزومى - پروتئين ‌هاى ريبوزومىِ - سنتز پروتئين - ساختار هاى سيتوپلاسمى - سيتوپلاسم سلول ‌هاى يوكاريوتى - endoplasmic reticulum - شبكه اندوپلاسمى - واكوئل‌ ها - پلاستيد هاى خود تكثير - اسكلت سلولى تو در تو - ميكروتوبول ‌ها - ER - ميكروفيلامنت ‌ها - فيلامنت‌ هاى حد واسط - غشاى هسته ‌اى - شبكه اندوپلاسمى خشن (rough) - ريبوزوم‌هاى S80 - شبكه اندوپلاسمى خشن صاف (smooth) - گليكوپروتئين ‌ها - دستگاه گلژى - Golgi apparatus - پلاستيد ها - ميتوكندرى ‌ها و كلروپلاست‌ ها - همزيستى درونى - كريستا - آنزيم ‌هاى چرخه اسيد سيتريك - كلروفيل - تيلاكوئيد - پروتئين‌ هاى تشكيلاتى - تريكوموناس واژيناليس - هيدروژنوزوم - چرخه اسيد ترى‌ كربوكسيليك - ليزوزوم‌ ها - پراكسى‌ زوم - اسكلت سلولى - cytoskeleton - ميكـروفيلامنت ‌ها (ريـز رشته‌ ها) - فيلامنت‌ هاى حدواسط (رشته‌ هاى بينابينى) - ميكروتوبول ‌ها (ريز لوله‌ ها) - سيتوكينز - جنبش سيتوپلاسمى - پروتئين توبولين - لايه‌ هاى سطحى - ديواره سلولى (cell wall) - دياتومه‌ ها - اندام‌ هاى حركتى - تاژك (فلاژل) - پارامسیوم - مژه (سيليوم) - سيستم 9+2 - نوكلئوئيد - شبه هسته - پروتئين ‌هاى شبه هيستون - كروماتين يوكاريوتى - ريزنگار هاى الكترونى - غشاى هسته‌اى - دستگاه ميتوزى - پلانكتومايست‌ ها - باكترى ‌هاى آبزى - بورليا بورگدورفرى - استرپتومايسس كوئليكالِر - كروموزوم حلقوی - كروموزوم خطى - ‌هاپلوئيد - ساختار هاى سيتوپلاسمى - پلاستيد هاى خود مختار - آنزيم‌ هاى انتقال الكترون - پيگمان ‌ها - رنگدانه‌ هاى فتوسنتزى باكترى‌ هاى فتوسنتز كننده - كاروتنوئيد ها - باكتريو كلروفيل - وزيكول‌ هاى غشايى - كروماتوفور ها - تيغك ها - كلروزوم - سابقاً جلبك‌هاى سبز - آبى - فيكوبيلين‌ ها - غشا هاى تيلاكوئيدى - گرانول‌ هاى نامحلول - اجسام انكلوژن (احاطه) - اسيد پلى ‌بتا هيدروكسى بوتيريك - PHB - گرانول‌ هاى وُلوتين - گرانول‌ هاى متاكروماتيك - - باكترى ‌هاى اتوتروف - اجسام پلى ‌هدرال - كربوكسى ‌زوم‌ ها - آنزيم كليدى تثبيت CO2 - ريبولوز بيس‌ فسفات كربوكسيلاز - مگنتوزوم ‌ها - ذرات كريستالىِ درون سلولىِ ماگنتت معدنى آهن - Fe3O4 - مگنتوتاكسى - گرايش مغناطيسى - مهاجرت يا جهت ‌گيرى با توجه به ميدان مغناطيسى زمين - وزيكول ‌هاى گازى - تشكيلات سيتوپلاسمى - پروتئين‌ هاى اكتين و غيراكتين اسكلت سلولى - هومولوگ‌ هاى اكتين - MreB و Mbl - تعيين شكل سلول - تفكيك كروموزوم‌ ها - معلوم نمودن مكان پروتئين‌ ها در سلول - FtsZ - هومولوگ ‌هاى غيراكتينى - SecY - تفكيك كروموزوم ‌ها - MinD - پوشش سلول - - اسمولاريته ی بالا - مواد شيميايى خشن - غشاى سلولى آركى‌ ها - ايزوپرنوئيد - پيوند استرى - گليسرول - دی گلیسرول تترا اتر - تراوايى انتخابى - ترابرى مواد محلول - انتقال الكترون - فسفريلاسيون اكسيداتيو - تراوش آنزيم‌ هاى هيدروليتيك - شيميو تاكسى - سيستم‌ هاى انتقال حسى - تراوايى و ترابرى - سد ناتراواى آبگريز - مولكول‌ هاى آب‌ دوست - transport systems - مواد غذايى (نوتريئنت‌ ها) - شيب غلظتى - انتقال غيرفعال - passive transport - انتقال فعال - active transport - جابه‌جايى گروهى - group translocation - انتشار ساده - simple diffusion - انتشار تسهيل شده - facilitated diffusion - پروتئين‌هاى كانال - انتقال جفت شده با يون - ion-coupled transport - انتقال كاسِت متصل ‌شونده به ATP - انتقال ABC [ATP binding cassette (ABC) transport] - شيب يونىِ - نيروى محركه پروتون - نيروى محركه سديم - تك ‌انتقالى (uniport) - هم انتقالى (symport) - پاد انتقالى (antiport) - شيب H+ - انتقال ABC - فضاى پرى ‌پلاسميك - پروتئين‌ هاى اتصالى - سطح خارجى غشاى سلولى - هيدروليز ATP - منفذ غشا - جابه‌جايى گروهى -   فرآيند هاى انتقالى ويژه  -  ترانسفرين  - لاكتوفرين - SecA - - ترشح سيدروفور ها -  مشتقات اسيد هيدروكساميك  -  SecB -

. ریزنگار نوری فلئورسنس. یک باکتری میله ای شکل با یک شاخص فلئورسنت برچسب خورده است

ريزنگار الكترونى نگاره از باكترى استافيلوكوكوس اورئوس (× 32,000).

شكل 1-2..A  نمونه ی مثبت در ميكروسكوپ زمينه تاريك. ترپونما ها به واسطه شكل مارپيچى مشخص و حركت به سمت جلو و عقب با چرخش حول محور طولى شناسايى مى‌شوند. B. ریزنگار نوری فلئورسنس. یک باکتری میله ای شکل با یک شاخص فلئورسنت برچسب خورده است. C. ريزنگار الكترونى نگاره از باكترى استافيلوكوكوس اورئوس (× 32,000).

 

شکل 2-2. میکروسکوپ نیروی اتمی. ریزنگاری از یک قطعه DNA.      قله های روشن، آنزیم های متصل شونده به DNA هستند.

شکل 2-2. میکروسکوپ نیروی اتمی. ریزنگاری از یک قطعه DNA.  قله های روشن، آنزیم های متصل شونده به DNA هستند.

 

ساختار سلول يوكاريوتى

هسته

هسته (nucleus) در بر گيرنده ژنوم سلول مى ‌باشد. اين بخش توسط غشايى متشكل از يك جفت غشاى واحدِ مجزا شده با فضايى با ضخامت‌هاى متغير، احاطه گرديده است. غشاى داخلى معمولاً يك كيسه ی ساده است، اما غشاى خارجى - در مكان‌ هاى متعدد - به شبكه اندوپلاسمى مى‌پيوندد. غشاى هسته‌اى در نتيجه ی وجود منافذى در آن، داراى تراوايى انتخابى است. اين منافذ از كمپلكسى از پروتئين‌ هاى مختلف ساخته شده اند كه در ورود و خروج مواد به داخل و خارج هسته عمل مى‌نمايند. كروموزوم ‌هاى سلول‌هاى يوكاريوتى داراى ماكرومولكول‌هاى DNA خطى ‌اند كه در قالب يك مارپيچ دوتايى آرايش يافته‌ اند. تنها هنگامى كه سلول‌ ها در حال تقسيم باشند و DNA آن‌ها به شدت متراكم گردد، كروموزوم‌ ها توسط ميكروسكوپ نورى مشاهده خواهند شد. در ساير زمان‌ها، كروموزوم‌ ها تراكم نداشته و به صورتى كه در شكل 3-2 نشان داده شده است، به نظر مى‌رسند. ماكرومولكول ‌هاى DNA با پروتئين ‌هايى بازى به نام هيستون‌ ها در ارتباط‌ اند كه به واسطه برهم‌كنش‌هاى يونى به DNA اتصال دارند.

 

    يك ساختار كه اغلب درون هسته ديده مى‌شود، هستك (nucleolus) نام دارد. اين بخش ناحيه ‌اى غنى از RNA بوده و جايگاه سنتز RNA ريبوزومى است (شكل 3-2 را ببینید). پروتئين ‌هاى ريبوزومىِ سنتز شده در سيتوپلاسم به داخل هسته انتقال مى‌يابند و جهت تشكيل زير واحد هاى كوچك و بزرگ ريبوزوم يوكاريوتى با RNA ريبوزومى تركيب مى ‌گردند. سپس، اين زير واحد ها به سيتوپلاسم ارسال گشته و در آنجا به شكل ريبوزوم كامل در مى ‌آيند كه مى ‌تواند در سنتز پروتئين عمل كند.

 

ساختار هاى سيتوپلاسمى

سيتوپلاسم سلول ‌هاى يوكاريوتى با حضور شبكه اندوپلاسمى، واكوئل‌ ها، پلاستيد هاى خود تكثير و يك اسكلت سلولى تو در تو مركب از ميكروتوبول ‌ها، ميكروفيلامنت ‌ها و فيلامنت‌ هاى حد واسط مشخص مى‌گردد.

    شبكه اندوپلاسمى يا ER (endoplasmic  reticulum) شبكه ‌اى از كانال ‌هاى محاط شده با غشا است كه ادامه ی غشاى هسته ‌اى مى‌باشد. دو نوع شبكه اندوپلاسمى شناسايى شده است : خشن (rough) كه به آن ريبوزوم‌هاى S80 اتصال دارند، و صاف (smooth) كه فاقد ريبوزوم است (شكل 3-2 را ببینید). ER خشن توليد كننده اصلى گليكو پروتئين ‌ها و همچنين مواد غشايى جديد است كه به سرتاسر سلول انتقال داده مى ‌شود؛ ER  صاف در سنتز ليپيد ها و برخى از جنبه ‌هاى متابوليسم هيدرات كربن نقش دارد. دستگاه گلژى (Golgi apparatus) شامل توده ‌اى از غشا ها است كه در هماهنگى با ER، محصولات ER را به طور شيميايى تغيير داده و به گروهى كه مقصد آن‌ها پوشيده است و گروهى كه در ساير ساختار هاى غشايى سلول عمل مى‌كنند، دسته ‌بندى مى‌ نمايد.

    پلاستيد ها شامل ميتوكندرى ‌ها و كلروپلاست‌ ها هستند. مدارك متعددى پيشنهاد مى ‌كند كه آن‌ها از ارگانيسم‌ هاى پروكاريوتى قديمى نشأت گرفته و از احاطه شدن سلول پروكاريوتى توسط يك سلول بزرگ تر به وجود آمده ‌اند (همزيستى درونى). ميتوكندرى ‌ها اندازه پروكاريوتى داشته و غشاى آن‌ها به دليل فقدان اِسترول - نسبت به غشاى سيتوپلاسمى سلول يوكاريوتى كه واجد استرول است - سختى بسيار كمى دارد. ميتوكندرى ‌ها از دو سرى غشا برخوردار اند. غشاى خارجى ‌تر نسبتاً تراوا بوده، با داشتن تعداد زيادى كانال، اجازه عبور يون‌ ها و مولكول ‌هاى كوچك را مى‌دهد. غشاى خارجى در اثر برگشتن به درون خود، سيستمى از غشا هاى تاخورده داخلى موسوم به كريستا را پديد آورده است. كريستا جايگاه آنزيم ‌هاى درگير در تنفس و توليد ATP مى‌باشد. اين ساختار همچنين داراى پروتئين‌ هاى ترابرىِ اختصاصى است كه عبور متابوليت‌ ها به داخل و خارج ماتريكس (ماده زمينه‌ اى) ميتوكندرى را تنظيم مى‌نمايد. در ماتريكس، تعدادى آنزيم - به ويژه آنزيم ‌هاى چرخه اسيد سيتريك - وجود دارد. كلروپلاست‌ ها  اندامك‌ هاى سلولى فتوسنتزى بوده، قادرند انرژى نورانى خورشيد را از طريق تنفس به انرژى شيميايى تبديل كنند. كلروفيل و تمام اجزاى ضرورى ديگر جهت فتوسنتز در يك سرى از صفحات غشايى به نام تيلاكوئيد جاى دارند. اندازه، شكل و تعداد كلروپلاست‌ ها در هر سلول بسيار متفاوت است؛ برخلاف ميتوكندرى‌ هـا، كلروپلاست ‌هـا معمولاً بسيـار بزرگ تر از پروكاريوت‌ها اند. ميتوكندرى ‌ها و كلروپلاست ‌ها داراىDNA  ی مربوط به خود هستند كه به صورت حلقوى بسته با پيوند كووالان وجود دارد و برخى از پروتئين‌ هاى تشكيلاتى (اما نه همه) و RNA هاى ناقل آن‌ها را كد مى‌نمايد. همچنين، ريبوزوم ميتوكندرى و كلروپلاست – به سان پروكاريوت ‌ها – S70 است.

    تعدادى از ميكروارگانيسم‌ هاى يوكاريوتى (مانند تريكوموناس واژيناليس) ميتوكندرى نداشته و به جاى آن داراى يك اندامك تنفسىِ محاط شده با غشا به نام هيدروژنوزوم هستند. هيدروژنوزوم‌ ها ممكن است در نتيجه ی همزيستى درونى به وجود آمده باشند، و در بعضى از آن‌ها DNA و ريبوزوم شناسايى شده است. هيدروژنوزوم ‌ها، در حالى كه از نظر اندازه به ميتوكندرى‌ ها شباهت دارند، اما در آن‌ها كريستا و آنزيم‌ هاى چرخه اسيد ترى‌كربوكسيليك ديده نمى‌شود. پيرووات به وسيله هيدروژنوزوم جذب و H2، CO2، استات و ATP توليد مى‌گردد.

    ليزوزوم‌ ها كيسه‌ هاى بسته ی غشايى محتوى آنزيم‌ هاى هضمى گوناگون هستند كه سلول از آن‌ها براى هضم ماكرومولكول ‌هايى نظير پروتئين‌ ها، چربى‌ ها، و پلى‌ ساكاريد ها سود مى‌ جويد. ليزوزوم به اين آنزيم‌ ها اجازه مى‌دهد تا عمل تجزيه را دور از سيتوپلاسم انجام دهند، زيرا حضور اين آنزيم ‌ها در سيتوپلاسم سبب تخريب ماكرومولكول‌ هاى سلولىِ كليدى مى‌گردد. به دنبال هيدروليز ماكرومولكول‌ ها در ليزوزوم، مونومر هاى حاصل از آن‌ها با عبور از ليزوزوم وارد سيتوپلاسم شده و در آن‌جا به عنوان ماده غذايى به مصرف مى ‌رسند.

    پراكسى‌زوم ساختارى محدود گشته توسط غشا است كه نقش توليد H2O2 از احیای O2 را به کمک دهندگان مختلف هیدروژن بر عهده دارد. H2O2 ی ايجاد شده در پراكسى‌زوم متعاقباً به وسيله آنزيم كاتالاز به H2O و O2 تجزيه مى‌گردد.

    اسكلت سلولى (cytoskeleton) ساختمانى سه بعدى است كه سيتوپلاسم را پر مى‌كند. انواع اصلى فيبر هاى سازنده ی اسكلت سلولى، ميكـروفيلامنت ‌ها (ريـز رشته‌ ها)، فيلامنت‌ هاى حدواسط (رشته‌ هاى بينابينى) و ميكروتوبول ‌ها (ريز لوله‌ ها) هستند. ميكروفيلامنت ‌ها در حدود 6-3 نانومتر قطر داشته و پليمر هاى ساخته شده از زير واحد هاى پروتئين اكتين ‌اند. اين فيبر ها (رشته ‌ها) داربست‌ هايى را در سرتاسر محدوده ی سلول ايجاد كرده و باعث نگهدارى شكل سلول مى‌شوند. ميكروفيلامنت‌ ها همچنين قادرند حركات سلولى نظير سُر خوردن، انقباض و سيتوكينز (جنبش سيتوپلاسمى) را انجام دهند.

    ميكروتوبول ‌ها لوله‌ هاى استوانه ‌اى شكل به قطر 25-20 نانومتر و متشكل از زير واحد هاى پروتئين توبولين هستند. ميكروتوبول ‌ها به ميكروفيلامنت‌ ها در حفظ ساختمان سلول كمك نموده، رشته‌ هاى دوك را براى كروموزوم‌ هاى در حال تفكيك در جريان ميتوز مى‌سازند، و نيز نقشى مهم را در تحرك سلول ايفا مى‌كنند. قطـر تقريبى فيلامنت ‌هاى حدواسط 10 نانومتر است و به سلول توانايى كشسانى مى‌بخشند.

 

لايه‌ هاى سطحى

سيتوپلاسم درون غشايى پلاسمايى مركب از پروتئين و فسفو ليپيد احاطه شده است. اين غشا مشابه ی غشاى سلول پروكاريوتى مى ‌باشد، كه در ادامه توضيح داده خواهد شد (شكل 11-2 را ببينيد). اكثر سلول‌ هاى حيوانى لايه ‌هاى سطحى ديگرى ندارند؛ اما يك ديواره سلولى خارجى از جنس سلولز سلول‌ هاى گياهى را مى‌ پوشاند (شکل 3-2، B). بسيارى از ميكروارگانيسم ‌هاى يوكاريوتى نيز داراى يك ديواره سلولى (cell wall) خارجى‌ اند كه ممكن است از پلى ‌ساكاريد هايى همچون سلولز يا كيتين ساخته شود و يا آن كه مانند ديواره سيليسى برخى دياتومه‌ ها، غير آلى (معدنى) باشد.

 

اندام‌ هاى حركتى

تعداد كثيرى از ميكروارگانيسم‌ هاى يوكاريوتى مانند تريكوموناس واژيناليس اندامكى به نام تاژك (فلاژل)، يا مانند پارامسیوم اندامكى به نام مژه (سيليوم) دارند كه با حركت موجى ‌شكل، سلول را در آب به پيش مى‌راند. تاژك‌ هاى يوكاريوتى از ناحيه قطبى سلول منشأ مى‌گيرند، در حالى كه مژه‌ ها - كه كوتاه‌تر از تاژك‌ها اند - اطراف سلول را احاطه می کنند (شکل 4-2). تاژك‌ ها و مژه‌ هاى سلول ‌هاى يوكاريوتى از ساختار پايه و تركيب بيوشيميايى مشابهى برخوردار مى‌باشند. هر دو از يك سرى از ميكروتوبول ‌ها (استوانه ‌هاى پروتئينىِ ميان تهىِ ساخته شده از پروتئينى به نام توبولين) ايجاد شده ‌اند كه پيرامون آن‌ها را يك غشا فرا گرفته است. ترتيب آرايش ميكروتوبول ‌ها «سيستم 9+2» نام دارد، زيرا داراى نه جفت محيطى از ميكروتوبول است كه دو ميكروتوبول مركزى منفرد را در  بر مى‌گيرند (شكل 5-2).

 

ساختار سلول پروكاريوتى

در هر سطحى، سلول پروكاريوتى از سلول يوكاريوتى ساده ‌تر است، به استثناى اين كه : پوشش سلولى آن پيچيدگى بيشترى دارد.

 

نوكلئوئيد

پروكاريوت‌ ها فاقد يك هسته حقيقى هستند؛ به جاى آن، DNA ی آن‌ها در ساختارى با عنوان نوكلئوئيد (شبه هسته) گنجانده مى‌شود. نوكلئوئيد فولگن مثبت است كه حاكى از وجود DNA در آن مى‌ باشد. DNA كه به طور منفى شارژ شده است، دست كم تا اندازه‌ اى توسط پلى ‌آمين‌ هاى كوچك و يون‌ هاى منيزيم خنثى مى ‌گردد. در باكترى ‌ها، پروتئين ‌هاى شبه هيستون احتمالاً نقشى شبيه به نقش هيستون ‌ها در كروماتين يوكاريوتى را ايفاء مى ‌كنند.

 

شکل 3-2. سلول های یوکاریوتی. A. نمای ترسیمی از یک سلول حیوانی. B. نمای ترسیمی از یک سلول گیاهی. C. ریزنگار یک سلول حیوانی چند ساختار محاط شده توسط غشا، از جمله میتوکندری ها و یک هسته را نشان می دهد.

شکل 3-2. سلول های یوکاریوتی. A. نمای ترسیمی از یک سلول حیوانی. B. نمای ترسیمی از یک سلول گیاهی. C. ریزنگار یک سلول حیوانی چند ساختار محاط شده توسط غشا، از جمله میتوکندری ها و یک هسته را نشان می دهد.

 

شکل 4-2. یک پارامسیوم به کمک مژه های روی سطح سلول حرکت می نماید.

شکل 4-2. یک پارامسیوم به کمک مژه های روی سطح سلول حرکت می نماید.

 

شكل 5-2. ساختمان مژه ‌ها و تاژك‌ ها. .A ريزنگار الكترونى از برش عرضى از يك مژه. به دو ميكروتوبول مركزى كه توسط نه جفت ميكروتوبول احاطه گرديده ‌اند، توجه نماييد (× 000,160). B. طرحى از ساختمان مژه و تاژك.

شكل 5-2. ساختمان مژه ‌ها و تاژك‌ ها. .A ريزنگار الكترونى از برش عرضى از يك مژه. به دو ميكروتوبول مركزى كه توسط نه جفت ميكروتوبول احاطه گرديده ‌اند، توجه نماييد (× 000,160). B. طرحى از ساختمان مژه و تاژك.

 

     ريزنگار هاى الكترونى يك سلول پروكاريوتى معمولى نبود غشاى هسته‌اى و دستگاه ميتوزى را نشان مى‌دهند. يك استثناء براى اين قانون، پلانكتومايست‌ ها - گروهى منشعب از باكترى ‌هاى آبزى - مى‌باشند كه در آن‌ها نوكلئوئيد با يك پوشش هسته‌اى متشكل از دو غشا احاطه شده است. يك اختلاف ميان پروكاريوت‌ ها و يوكاريوت‌ ها كه همچنان به قوت خود باقى است، عدم وجود دستگاه ميتوزى نوع يوكاريوتى در پروكاريوت‌ ها است. ناحيه هسته‌اى (شكل 6-2) مملو از رشته‌ هاى DNA مى‌باشد. نوكلئوئيد اكثر سلول‌هاى باكتريايى از يك مولكول حلقوى منفرد به اندازه 58/0 تا تقريباً 10 ميليون جفت باز ايجاد مى‌گردد. اگرچه، در تعداد اندكى از باكتریها، دو، سه يا حتى چهار كروموزوم متفاوت ديده شده است. براى نمونه، ويبريو كلرا و بروسلا مليتِنسيس دو كروموزوم نامشابه دارند. استثنائاتى هم براى قانون حلقوى ‌بودن كروموزوم به چشم مى‌خورد، زيرا مشاهده شده است كه بعضى از پروكاريوت ‌ها (مانند بورليا بورگدورفرى و استرپتومايسس كوئليكالِر) داراى كروموزوم خطى مى‌ باشند.

 

. نوکلئوئید. A. ریزنگار الکترونی گذاره ی رنگی از اشریشیاکولی که در آن DNA به رنگ قرمز دیده می شود.

. B. کروموزوم آزاد شده از یک سلول اشریشیاکولی که به آرامی لیز شده است. توجه نمایید که DNA باید محکم بسته بندی گردد تا بتواند درون باکتری جای گیرد.

 شکل 6-2. نوکلئوئید. A. ریزنگار الکترونی گذاره ی رنگی از اشریشیاکولی که در آن DNA به رنگ قرمز دیده می شود. B. کروموزوم آزاد شده از یک سلول اشریشیاکولی که به آرامی لیز شده است. توجه نمایید که DNA باید محکم بسته بندی گردد تا بتواند درون باکتری جای گیرد.

 

    در باكترى‌ ها، تعداد نوكلئوئيد ها - و بنابراين تعداد كروموزوم ‌ها - به شرايط رشد وابسته است. هنگامى كه باكترى ‌ها به سرعت رشد مى ‌نمايند، شمار نوكلئوئيد ها در هر سلول، نسبت به زمانى كه باكترى ‌ها به آهستگى رشد مى ‌كنند، بيشتر است؛ اگرچه، وقتى كه چندين كپى وجود داشته باشد، همه آن‌ها مشابه ‌اند (بدان معنا كه سلول ‌هاى پروكاريوتى ‌هاپلوئيد هستند).

 

ساختار هاى سيتوپلاسمى

در سلول ‌هاى پروكاريوتى، پلاستيد هاى خود مختار - از قبيل ميتوكندرى ‌ها و كلروپلاست ‌ها - وجود ندارند؛ به جاى آن، آنزيم‌ هاى انتقال الكترون در غشاى سيتوپلاسمى جاى گرفته ‌اند. پيگمان ‌ها يا رنگدانه‌ هاى فتوسنتزى باكترى‌ هاى فتوسنتز كننده (كاروتنوئيد ها و باكتريو كلروفيل) در سيستم‌هاى غشايى درون سيتوپلاسمى با اشكال متنوع قرار دارند. وزيكول‌ هاى غشايى (كروماتوفور ها) يا تيغك ها معمولاً در انواع غشا ها ديده مى‌شوند. بعضى از باكترى‌ هاى فتوسنتزى داراى ساختار هاى تخصصىِ محاط شده توسط غشا به نام كلروزوم هستند. در برخى از سيانوباكتريوم ‌ها (كه سابقاً جلبك‌هاى سبز - آبى نام داشتند)، غشا هاى فتوسنتزى اغلب ساختار هايى چند لايه را ايجاد مى‌كنند كه با نام تيلاكوئيد شناخته مى‌شوند (شكل 7-2). رنگدانه‌ هاى كمكى اصلى جهت درو نمودن نور، فيكوبيلين‌ ها اند كه بر روى سطح خارجى غشا هاى تيلاكوئيدى يافت مى‌گردند.

    باكترى‌ ها، اغلب مواد ذخيره ‌اى را به شكل گرانول‌ هاى نامحلول انباشته مى‌نمايند. اين گرانول ها هنگام مشاهده توسط ميكروسكوپ اختلاف فاز به صورت اجسام انكسارى در سيتوپلاسم به نظر مى ‌رسند. آن‌ها اصطلاحاً اجسام انكلوژن (احاطه) ناميده شده و تقريباً هميشه به عنوان ذخيره‌ ساز انرژى يا مخزن قطعات ساختمانى عمل مى‌كنند. اكثر انكلوژن ‌هاى سلولى به وسيله غشايى از ليپيد محصور گرديده‌ اند كه سبب جدايى آن‌ها از سيتوپلاسم مى‌شود. يكى از شايع ‌ترين اجسام انكلوژن، اسيد پلى ‌بتا هيدروكسى بوتيريك (PHB) است. PHB يك تركيب شبه ليپيد از زنجيره‌ هاى واحد هاى اسيد بتا هيدروكسى بوتيريك است كه از طريق پيوند هاى استرى به هم مرتبط گشته‌ اند.PHB  زمانى توليد مى‌شود كه منابع نيتروژن، گوگرد، يا فسفر محدود گردند و كربن اضافى در محيط وجود داشته باشد (شكل 8-2، A). فرآورده ذخيره ‌اى ديگرى كه توسط پروكاريوت‌ ها در طى ازدياد كربن به وجود مى‌آيد، گليكوژن است كه پليمرى از گلوكز مى‌باشد. زمانى كه سنتز پروتئين و اسيد نوكلئيك از سرگرفته شود، PHB و گليكوژن به عنوان منابع كربن مورد استفاده قرار مى‌گيرند. دسته ‌اى از پروكاريوت ‌ها قادر به اكسيداسيون تركيبات گوگردى احيا شده نظير سولفيد هيدروژن و تيوسولفات و ايجاد گرانول ‌هاى درون سلولىِ حاوى گوگرد عنصرى هستند (شكل 8-2، B). در صورت محدود شدن منبع گوگرد احيا شده، گوگرد موجود در گرانول‌ها - معمولاً به سولفات - اكسيد مى‌شود و گرانول‌ ها به آهستگى ناپديد مى‌گردند. تعداد زيادى از باكترى ‌ها مقادير گسترده ‌اى از فسفات معدنى را در قالب گرانول ‌هاى پلى ‌فسفات انباشته مى‌نمايند.

    اين گرانول ‌ها مى‌توانند تجزيه شده و به منظور حمايت از رشد، به عنوان منابع فسفات جهت سنتز اسيد نوكلئيك و فسفو ليپيد به كار روند. اين قبيل گرانول‌ ها را گاهى اوقات گرانول‌ هاى وُلوتين يا گرانول‌ هاى متاكروماتيك مى‌نامند، زيرا با رنگ آبى، به رنگ قرمز در مى ‌آيند. چنين گرانول ‌هايى از ويژگى‌ هاى بارز کورینه باكتريوم‌ ها محسوب مى‌گردند (فصل 13 را ببنید).

 

انتقال الكترون - SecF - فسفريلاسيون اكسيداتيو outer membrane - سيتوكروم ‌ها - اجزاى زنجيره تنفسى - دهيدروژناز ها - اگزوآنزيم‌ هاى هيدروليتيك - SecY - پروتئين ‌هاى بيماري زايى - غشاى OM - گرم مثبت و گرم منفى - فضاى پرى‌پلاسمى - SecD - لايه پپتيدوگليكان - غشاى خارجى - غشاى IM - سيستم ‌های ترشحى نوع I، نوع II، نوع III، نوع IV، نوع V و نوع VI - غشاى داخلى - inner membrane - غشاى خارجى - چپرون يا مشايع - پرى پروتئين - سيگنال پپتيداز - IgA پروتئاز - نيسريا گونوره‌ - سايتوتوكسين حفره‌ ساز - هليكوباكتر پايلورى - پردازش پايانه ی آمينو - ميانجيگر سيتوپلاسمى - آلفا هموليزين اشريشياكولى - آدنيليل سيكلاز بوردتلا پرتوسيس - پايانه كربوكسيل پروتئين - سيستم وابسته به تماس contact-dependent - سموم پلى ‌پپتيدى - كمپلكس ‌هاى پروتئين - پروتئين‌هاى دم باكتريوفاژ - سيستم ‌هاى شيميوتاكسى - گرايش به مواد شيميايى - فشار اسمزى درونى - مورئين - موكوپپتيد - پپتيدوگليكان - رنگ ‌آميزى افتراقى - كريستال ويوله - رنگ سافرانين - ليپو پلى‌ ساكاريد - زنجيره ‌هاى جانبى تترا پپتيدى - D-گلوتامات - دى ‌آمينو پايمليك اسيد - اجزاى ويژه ديواره سلولى گرم مثبت - LTA - اسيد تيكوئيك - اسيد تيكورونيك - گليسروفسفات - ريبيتول فسفات - WTA - اسيد تيكوئيك ديواره - wall teichoic acid - اسيد تيكوئيك غشا - membrane teichoic acid - يا اسيد ليپو تيكوئيك - lipoteichoic acids - ماتريكس پلى‌ آنيونى - خاصيت الكترواستاتيك پوشش - هيدروليز ديواره ‌هاى گرم مثبت - OmpA - اجزاى ويژه ديواره سلولى گرم منفى - Tsx - ليپو پلى ‌ساكاريد (LPS) - - LamB - باكتريوفاژ لامبدا - مالتو دكسترين ‌ - گيرنده باكتريوفاژ T6 - پروتئين - TonB - ليپيد A - واحد هاى دى‌ ساكاريد گلوكز آمين فسفريله - اسيد هاى چرب زنجيره بلند - اسيد بتا هيدروكسى ميريستيك - اسيد چرب 14 كربنه - كتو داكسى اكتانوئيك اسيد (KDO) - هپتوز - آنتى‌ژن O - كاتيون‌ هاى دو ظرفيتى - لیپو پلی ساکارید (LPS) - اندوتوكسين (سم داخلى) - اختصاصيت آنتى ‌ژنى- نيسريا مننژايتيديس - نيسريا گونوره - هموفيلوس آنفولانزا - هموفيلوس دوكرِئى - ليپو اليگو ساكاريد (LOS) - اپى‌توپ ‌ها (شاخصه ‌هاى آنتى ‌ژنى) - باقيمانده N-استيل لاكتوز آمين انتهايى (Galβ-1→4-GlcNAc) - پيش‌ساز آنتى‌ژن i گلبول قرمز ا - سياليل ترانسفراز - CMP-NANA - سيستيدين منوفسفو-N-استيل نورامينيك اسيد - MDO - اليگو ساكـاريد هاى مشتق شده از غشـا - membrane-derived oligosaccharides - ديواره سلولی اسيد - فست - باسيل سل - مايكوباكتريوم توبركلوزيس - اسيد مايكوليك - اسيد - فست (مقاوم به اسيد) - ديواره سلولى آركى‌ ها - پسودومورئين - مورئين كاذب - لايه‌ هاى سطحى بلورين - گليكو پروتئين (لايه S) - بِدلوويبريو باكتريووُروس - باكترى شكارچى - پيوند β1→4 - داربست پپتيدوگليكان - آنزيم ليزوزيم - اتيلن دى‌ آمين تترا استيك اسيد (EDTA) - اتوليزين (خود ليز كننده) - تجزيه سلول‌ هاى مرده (اتوليز) - سلول ‌هاى فاگوسيتى حيوانات عالى - رشد ديواره سلولى - اشريشياكولى و باسيلوس سوبتيليس - پروتوپلاست ‌ها - اسفروپلاست‌ ها - اشكال L - بقاياى پپتيدوگليكان - مايكوپلاسما ها - باكترى ‌هاى فاقد ديواره سلولى بوده - كپسول و گليكوكاليكس - كپسول ‌هاى پلى -D- گلوتاميك اسيد باسيلوس آنتراسيس - باسيلوس ليكنى فورميس - كپسول - اسلايم لاير (لايه لزج) - گليكوكاليكس - دِكستران‌ هاى زنجيره بلند (پلى -D- گلوكز) - لِوان ‌هاى زنجيره بلند (پلى D- فروكتوز) - هترو پليمر -

شكل 7-2. برش نازكى از سینِکوسیستیس. ساختار های متعددی نمایان هستند.

 

    گروه ‌هاى خاصى از باكترى ‌هاى اتوتروف كه دى ‌اكسيد كربن را براى ساخت قطعات ساختمانى بيوشيميايى تثبيت مى‌ نمايند داراى اجسام پلى ‌هدرال هستند. اين اجسامِ محاط شده با يك پوشش پروتئينى (كربوكسى ‌زوم‌ ها) از آنزيم كليدى تثبيت CO2 (ريبولوز بيس‌ فسفات كربوكسيلاز) برخوردار اند (شكل 7-2). مَگنِتوزوم ‌ها ذرات كريستالىِ درون سلولىِ ماگنِتيت معدنى آهن (Fe3O4) مى ‌باشند، كه مگنتوتاكسى يا گرايش مغناطيسى (يعنى مهاجرت يا جهت ‌گيرى با توجه به ميدان مغناطيسى زمين) را براى برخى از باكترى ‌هاى آبزى به ارمغان مى‌ آورند. مگنتوزوم‌ ها توسط غشايى حاوى فسفو ليپيد، پروتئين و گليكو پروتئين احاطه می شوند. وزيكول‌ هاى گازى، كه تقريباً منحصر به ميكروارگانيسم‌ هـاى حاضر در زيستگاه‌ هـاى آبى ‌اند، سبب شناور ماندن اين دسته‌ از ميكروارگانيسم‌ ها مى‌شوند. غشاى وزيكول گازى يك لايه ضخيم 2 نانومترى از پروتئين است كه نسبت به آب و محلول ‌ها ناتراوا، اما نسبت به گازها نفوذ پذير است؛ بنابراين، وزيكول ‌هاى گازى به صورت ساختار هاى سرشار از گازى وجود دارند كه پيرامون آن‌ها را تشكيلات سيتوپلاسمى فرا گرفته است (شكل 9-2).

    در باكترى ‌ها، پروتئين ‌هايى اضافى شبيه به پروتئين‌ هاى اكتين و غيراكتين اسكلت سلولى در سلول‌ هاى يوكاريوتى، وجود دارد كه داراى   نقش ‌هاى سيتو اسكلتى هستند (شكل 10-2). قرينه ‌ها يا هومولوگ‌ هاى اكتين (مانند MreB و Mbl) انواعى از عملكرد ها شامل كمك به تعيين شكل سلول، تفكيك كروموزوم‌ ها و معلوم نمودن مكان پروتئين‌ ها در سلول را انجام مى‌دهند. هومولوگ ‌هاى غير اكتينى (مانند FtsZ) و پروتئين ‌هاى منحصر به فرد اسكلت سلولى در باكترى ‌ها (مانند SecY و MinD) در تعيين شكل سلول و تنظيم تقسيم سلولى و تفكيك كروموزوم ‌ها درگير مى ‌باشند.

 

شكل 8-2. اجسام انكلوژن در باكترى ‌ها. A. ريزنگار الكترونى از باسيلوس مِگاتريوم (x 30,500)، جسم انكلوژن پلى ‌بتا هيدروكسى بويتريك (PHB)؛ ديواره سلولى (CW)؛ نوكلئوئيد (N)؛ غشاى پلاسمايى (PM)؛ مزوزوم (M)؛ و ريبوزوم ‌ها (R) را نشان مى‌ دهد. B. روماتيوم وينوسوم، يك باكترى گوگردى ارغوانى، با گرانول ‌هاى درون سلولى گوگرد، در زير ميكروسكوپ زمينه روشن (x 2000).

شكل 8-2. اجسام انكلوژن در باكترى ‌ها. A. ريزنگار الكترونى از باسيلوس مِگاتريوم (x 30,500)، جسم انكلوژن پلى ‌بتا هيدروكسى بويتريك (PHB)؛ ديواره سلولى (CW)؛ نوكلئوئيد (N)؛ غشاى پلاسمايى (PM)؛ مزوزوم (M)؛ و ريبوزوم ‌ها (R) را نشان مى‌ دهد. B. روماتيوم وينوسوم، يك باكترى گوگردى ارغوانى، با گرانول ‌هاى درون سلولى گوگرد، در زير ميكروسكوپ زمينه روشن (x 2000). 

 

 

پوشش سلول

سلول ‌هاى پروكاريوتى توسط لايه ‌هاى پوششى پيچيده ‌اى كه تركيب آن‌ها در ميان گروه ‌هاى اصلى متفاوت است، احاطه مى‌گردند. اين ساختار ها از ارگانيسم‌ ها در برابر محيط‌ هاى سخت نظير اسمولاريته ی بالا، مواد شيميايى خشن، و حتى آنتى‌بيوتيك ‌ها محافظت مى‌كنند.

غشاى سلولى

الف) ساختار

غشاى سلول باكترى - كه همچنين غشاى سيتوپلاسمى ناميده مى‌شود - در ريزنگار هاى الكترونى از برش ‌هاى نازك، قابل مشاهده است (شكل 15-2 را ببینید). اين ساختار، يك «غشاى واحد» متشكل از فسفو ليپيد ها و بيش از 200 نوع پروتئين مختلف مى ‌باشد. پروتئين تقريباً 70 درصد از حجم غشا را به خود اختصاص مى ‌دهد كه اين مقدار بسيار بيشتر از ميزان پروتئين در غشاى سلولى پستانداران است. شكل 11-2 مدلى از سازمان غشا را به تصوير كشيده است. غشاى پروكاريوتى به واسطه عدم حضور استرول در آن از غشاى يوكاريوتى تميز داده مى ‌شود. تنها استثنا، مايكوپلاسما ها هستند كه استرول ‌هايى نظير كلسترول را در هنگام رشد بر روى محيط ‌هاى حاوى استرول، به درون غشاى خود وارد مى‌سازند.

 

شكل 9-2. برش عرضى از يك سلول در حال تقسيم سيانوباكتريوم ميكروسيستيس كه بسته‌ هاى شش ضلعى وزيكول ‌هاى گازى را نشان مى‌دهد (× 31,500).

شكل 9-2. برش عرضى از يك سلول در حال تقسيم سيانوباكتريوم ميكروسيستيس كه بسته‌ هاى شش ضلعى وزيكول ‌هاى گازى را نشان مى‌دهد (× 31,500).

 

شكل 10-2. اسكلت سلولى پروكاريوتى. آشكار سازى پروتئين شبه MreB اسكلت سلولى یا Mbl (MreB-like) باسيلوس سوبتيليس. پروتئين Mbl با پروتئين فلئورسنت سبز تركيب و سلول ‌هاى زنده به وسيله ميكروسكوپ فلئورسنس بررسى شده ‌اند. .A خطوط به كابل ‌هاى اسكلت سلولى مارپيچى اشاره دارند كه در طول سلول‌ ها امتداد يافته ‌اند. .B سه سلول از شكل (A) در بزرگنمايى بيشتر نشان داده شده است.

شكل 10-2. اسكلت سلولى پروكاريوتى. آشكار سازى پروتئين شبه MreB اسكلت سلولى یا Mbl (MreB-like) باسيلوس سوبتيليس. پروتئين Mbl با پروتئين فلئورسنت سبز تركيب و سلول ‌هاى زنده به وسيله ميكروسكوپ فلئورسنس بررسى شده ‌اند. .A خطوط به كابل ‌هاى اسكلت سلولى مارپيچى اشاره دارند كه در طول سلول‌ ها امتداد يافته ‌اند. .B سه سلول از شكل (A) در بزرگنمايى بيشتر نشان داده شده است.

 

شكل 11-2. ساختار غشاى پلاسمايى باكترى ‌ها. در اين طرح از مدل موزائيك سيال، پروتئين‌ هاى درونىِ شناور در دو لايه ليپيدى (سبز و قرمز) ديده مى شوند. پروتئين ‌هاى محيطى (زرد) با اتصال سست به سطح داخلى غشا متصل گشته ‌اند. كره ‌هاى كوچك، انتها هاى آب دوست فسفو ليپيد ها و دُم ‌هاى لرزان،  زنجيره‌ هاى آب گريز اسيد چرب هستند. ساير ليپيد ها، مانند هوپانوئيد ها (بنفش) ممكن است حضور داشته باشند. به جهت وضوح، اندازه فسفوليپيد ها به تناسب بسيار بزرگتر از اندازه آن‌ها در غشا هاى واقعى نشان داده شده است.

شكل 11-2. ساختار غشاى پلاسمايى باكترى ‌ها. در اين طرح از مدل موزائيك سيال، پروتئين‌ هاى درونىِ شناور در دو لايه ليپيدى (سبز و قرمز) ديده مى شوند. پروتئين ‌هاى محيطى (زرد) با اتصال سست به سطح داخلى غشا متصل گشته ‌اند. كره ‌هاى كوچك، انتها هاى آب دوست فسفو ليپيد ها و دُم ‌هاى لرزان،  زنجيره‌ هاى آب گريز اسيد چرب هستند. ساير ليپيد ها، مانند هوپانوئيد ها (بنفش) ممكن است حضور داشته باشند. به جهت وضوح، اندازه فسفوليپيد ها به تناسب بسيار بزرگتر از اندازه آن‌ها در غشا هاى واقعى نشان داده شده است.

 

غشاى سلولى آركى‌ ها (فصل 11 را ببينيد) متفاوت از غشاى باكترى ‌ها است. در برخى از آركى‌ ها، غشاى سلولى به جاى اسيد چرب، از ليپيد هاى منحصر به فرد ايزوپرنوئيد برخوردار است كه با اتصال اترى، به جاى پيوند استرى، به گليسرول متصل شده ‌اند. تعدادى از اين ليپيد ها گروه‌ هاى فسفات نداشته، و بنابراين فسفو ليپيد نيستند. در ساير گونه‌ ها، غشاى سلولى از يك تك‌ لايه ليپيدى ايجاد مى‌شود كه از ليپيد هاى طويل (حدوداً دو برابر اندازه فسفو ليپيد) با اتر هاى گليسرول در هر دو انتها (دی گلیسرول تترا اتر ها) ساخته شده است. ملکول ها خود را با گلیسرول قطبى روى سطوح، و با زنجيره هيدروكربنى غير قطبى در داخل جهت مى‌ دهند. اين ليپيد هاى نامعمول در توانايى بسيارى از آركى‌ ها براى رشد تحت شرايط محيطى خاص نظير نمك بالا، pH پايين يا حرارت شديد دست دارند.

 

ب) عملكرد

اعمال غشاى سيتوپلاسمى عبارت است از : (1) تراوايى انتخابى و ترابرى مواد محلول؛ (2) انتقال الكترون و فسفريلاسيون اكسيداتيو، در گونه ‌هاى هوازى؛ (3) تراوش آنزيم‌ هاى هيدروليتيك؛ (4) دارا بودن آنزيم ‌ها و مولكول ‌هاى حامل كه در بيوسنتز DNA، پليمر هاى ديواره سلولى و ليپيد هاى غشايى عمل مى‌كنند؛ و (5) وجود گيرنده‌ ها و ساير پروتئين ‌هاى مربوط به شيميو تاكسى و ديگر سيستم‌ هاى انتقال حسى.

    براى آنكه رشد سلولى اتفاق بيافتد، دست كم بايد 50 درصد از غشاى سيتوپلاسمى به حالت نيمه جامد باشد. در دما هاى پايين، دست يابى به اين حالت با افزايش در سنتز اسيد هاى چرب غير اشباع و الحاق آن‌ها در فسفو ليپيدهاى غشاى سلول امكان ‌پذير مى‌گردد.

 

1. تراوايى و ترابرى ـ غشاى سيتوپلاسمى يك سد ناتراواى آب‌گريز را در برابر اكثر مولكول‌هاى آب‌دوست ايجاد مى‌كند. با اين حال، سازوكارها يا سيستم‌هاى ترابرى (transport systems) متعددى وجود دارد كه به كمك آن‌ها سلول قادر خواهد بود تا مواد غذايى (نوتريئنت‌ ها) را به داخل و فرآورده‌هاى زايد را به خارج انتقال دهد. اين سيستم‌هاى انتقال بر خلاف شيب غلظتى كار نموده و بر غلظت نوتريئنت‌ها در داخل سلول مى ‌افزايند، عملكردى كه گاهى مستلزم صرف انرژى است. سه مكانيسم كلى ترابرى در عبور مواد از ميان غشا درگير مى‌باشند كه عبارتند از: انتقال غيرفعال (passive transport)، و انتقال فعال (active transport)، جابه‌جايى گروهى (group translocation).

الف) انتقال غير  فعال -  اين مكانيسم بر پايه انتشار بوده، از انرژى استفاده نمى‌كند و صرفاً زمانى صورت مى‌پذيرد كه غلظت خارجى ماده محلول بيشتر از غلظت داخل سلول باشد. انتشار ساده (simple diffusion) براى ورود تعداد بسيار اندكى از مواد شامل اكسيژن محلول، دى ‌اكسيد كربن و آب پاسخگو است. انتشار ساده به آهستگى صورت گرفته و انتخابى نيست. انتشار تسهيل شده (facilitated diffusion) نيز از انرژى استفاده نمى‌كند. بنابراين، هيچگاه غلظت ماده محلول در داخل سلول از بيرون آن بيشتر نمى‌شود. اگرچه، انتشار تسهيل شده انتخابى است. در اين انتشار، پروتئين‌هاى كانال، كانال ‌هايى انتخابى را به وجود مى‌آورند كه عبور مولكول‌ هاى اختصاصى را تسهيل مى‌نمايد. انتشار تسهيل شده در ميكروارگانيسم‌ هاى يوكاريوتى (مانند مخمر) شايع است، اما در پروكاريوت ‌ها نيز به ندرت ديده مى‌شود. گليسرول يكى از معدود تركيباتى است كه به واسطه انتشار تسهيل شده به سلول‌ هاى پروكاريوتى راه مى‌يابد.

 

ب) انتقال فعال - بر غلظت بسيارى از نوتريئنت‌ها در نتيجه انتقال فعال بيش از هزار بار افزوده مى‌گردد. بر اساس منبع انرژىِ به كار رفته، دو نوع انتقال فعال وجود دارد : انتقال جفت شده با يون (ion-coupled transport) و انتقال كاسِت متصل ‌شونده به ATP يا انتقال ABC [ATP binding cassette (ABC) transport].               

 

1) انتقال جفت شده با يون - اين سيستم ‌ها يك مولكول را در ازاى يك شيب يونىِ قبلاً ايجاد شده، مانند نيروى محركه پروتون يا نيروى محركه سديم انتقال مى‌دهند. سه نوع اصلى از اين مكانيسم وجود دارد : تك ‌انتقالى (uniport)، هم انتقالى (symport) و پاد انتقالى (antiport) (شكل 12-2). انتقال جفت شده با يون به طور ويژه در ارگانيسم ‌هاى هوازى رايج است، زيرا اين ارگانيسم‌ ها نسبت به بى‌ هوازى ‌ها در زمان كوتاه‌ ترى نيروى محركه يونى را توليد مى‌كنند. تك انتقال‌دهنده‌ ها انتقال يك سوبسترا را مستقل از هر يون جفت شده‌ اى كاتاليز مى ‌نمايند. هم انتقال دهنده‌ ها منجر به انتقال همزمان دو سوبسترا در يك جهت، به كمك يك ناقل واحد مى‌شوند؛ براى مثال، يك شيب  H+مى‌تواند اجازه انتقال همزمان آن با يك يونِ با بار مخالف (مانند گلايسين) يا يك مولكول خنثى (مانند گالاكتوز) را بدهد. پاد انتقال دهنده‌ ها به انتقال توأم دو تركيب داراى بار مشابه (مانند Na+ : H+) در جهات مخالف از راه يك حامل مشترك مى ‌انجامند. تقريباً، 40 درصد از سوبسترا هاى منتقل شونده به اشريشياكولى از اين مكانيسم بهره مى‌برند.

 

2) انتقال ABC - اين مكانيسم، ATP را مستقيماً براى انتقال مواد محلول به درون سلول به كار مى‌گيرد. در باكترى ‌هاى گرم منفى، انتقال بسيارى از نوتريئنت‌ ها به كمك پروتئين ‌هاى اختصاصى مستقر در فضاى پرى ‌پلاسميك تسهيل مى‌گردد؛ در سلول ‌هاى گرم مثبت، پروتئين‌ هاى اتصالى به سطح خارجى غشاى سلولى متصل گشته ‌اند. اين پروتئين ‌ها با انتقال سوبسترا به يك كمپلكس پروتئينى متصل شده به غشا عمل مى ‌نمايند. سپس، ماشه ی هيدروليز ATP كشيده مى‌شود و اين انرژى جهت بازگشايى منفذ غشا استفاده و اجازه حركت تك جهتى سوبسترا به درون سلول صادر مى‌گردد. تقريباً، 40 درصد از سوبسترا هاى منتقل شونده به اشريشياكولى از اين مكانيسم بهره مى‌جويند.

 

پ) جابه‌جايى گروهى - علاوه بر انتقال حقيقى، كه يك ماده محلول را بدون تغيير در ساختار آن از عرض غشا حركت مى‌دهد، باكترى ‌ها فرآيندى موسوم به جابه‌جايى گروهى يا متابوليسم ناقلى (vectorial metabolism) را استفاده مى‌كند كه سبب جذب خالص برخى قند ها (همچون گلوكز و مانوز) با فسفريله كردن در جريان انتقال مى‌گردد. در يك مفهوم صريح، جابه‌جايى گروهى انتقال فعال به شمار نمى‌رود، زيرا شيب غلظتى در آن دخالت ندارد. اين فرآيند به باكترى ‌ها اجازه بهره بردارى مؤثر از منابع انرژى را به واسطه ادغام انتقال با متابوليسم مى‌دهد. در اين شيوه، نخست، يك پروتئين حامل غشايى در سيتوپلاسم در ازاى مصرف فسفو انول پيرووات فسفريله مى‌گردد؛ سپس، پروتئين حامل فسفريله شده، به قند آزاد در طرف بيرونى غشا متصل و آن را به سيتوپلاسم منتقل مى‌نمايد و به صورت قند - فسفات رها مى‌ سازد. چنين سيستم‌ هايى از انتقال قند سيستم‌ هاى فسفو ترانسفراز نام دارند. سيستم ‌هاى فسفو ترانسفراز همچنين در حركت به سمت اين منابع كربن (شيميو تاكسى) و تنظيم چند مسير متابوليكى ديگر (سركوب كاتابوليت) درگير هستند.

 

ت) فرآيند هاى انتقالى ويژه - آهن (Fe) يك ماده غذايى ضرورى براى رشد تقريباً تمام باكترى ها محسوب مى‌شود. تحت شرايط بى‌ هوازى، آهن عموماً به شكل  Fe2+و محلول است. اگرچه، تحت شرايط هوازى، معمولاً به صورت Fe3+  و نامحلول مى ‌باشد. در بخش‌ هاى داخلى حيوانات، عملاً آهن آزادى وجود ندارد، بلكه در تركيب با پروتئين ‌ها تحت عناوين ترانسفرين و لاكتوفرين است. برخى از باكترى ‌ها اين مشكل را با ترشح سيدروفور ها - تركيباتى كه آهن را جذب نموده و انتقال آن را به صورت يك كمپلكس محلول افزايش مى‌دهند - برطرف ساخته ‌اند. يك گروه اصلى از سيدروفورها شامل مشتقات اسيد هيدروكساميك (-CONH2OH)، Fe3+  را به شدت جذب مى‌نمايند. كمپلكس آهن - هيدروكسامات با عمل تعاونى گروهى از پروتئين ‌ها كه در امتداد غشاى خارجى، پرى‌ پلاسم و غشاى داخلى گسترده شده‌ اند، فعالانه به درون سلول انتقال مى ‌يابد. آهن، آزاد گرديده و هيدروكسامات از سلول خارج مى‌شود و مى‌تواند بار ديگر براى انتقال آهن مورد استفاده قرار گيرد.

    بعضى از باكترى‌ هاى بيماري زا از يك مكانيسم اساساً متفاوت استفاده مى‌كنند كه مستلزم اتصال گيرنده‌ هاى اختصاصى به ترانسفرين و لاكتوفرين ميزبان (بعلاوه ساير پروتئين ‌هاى واجد آهن در ميزبان) است. آهن، برداشته شده و به كمك يك فرآيند وابسته به انرژى به درون سلول فرستاده مى‌شود.

 

2. انتقال الكترون و فسفريلاسيون اكسيداتيو سيتوكروم ‌ها و ساير آنزيم‌ ها و اجزاى زنجيره تنفسى، شامل بعضى از دهيدروژناز ها، در غشا استقرار دارند. از اين‌رو، عملكرد غشاى سلولى باكترى‌ ها قرينه عملكرد غشاى ميتوكندرى است. اين شباهت باعث گرديده است تا بسيارى از زيست ‌شناسان از نظريه ‌اى كه عنوان مى‌دارد ميتوكندرى ‌ها از باكترى‌ هاى همزيست تكامل پيدا كرده ‌اند، حمايت نمايند. اين مكانيسم كه در آن توليد ATP با انتقال الكترون جفت مى‌شود، در فصل 6 به بحث گذارده شده است.

 

3. تراوش اگزوآنزيم‌ هاى هيدروليتيك و پروتئين ‌هاى بيماري زايى - تمام ارگانيسم‌ هايى كه به پليمر هاى آلى ماكرومولكولى (مانند پروتئين ‌ها، پلى ‌ساكاريد ها و ليپيد ها) به عنوان يك ماده غذايى متكى اند، آنزيم ‌هاى هيدروليتيك را تراوش مى ‌نمايند. آنزيم‌ هاى هيدروليتيك اين پليمر ها را به زير واحد هايى كه جهت نفوذ در غشاى سلولى به اندازه كافى كوچك باشند، مى ‌شكنند. حيوانات عالى‌ تر، اين قبيل آنزيم ‌ها را در مجراى دستگاه گوارش خود آزاد مى‌كنند؛ باكترى‌ ها (هم گرم مثبت و هم گرم منفى) اين آنزيم ‌ها را مستقيماً به درون محيط خارجى ترشح نموده و يا آن‌ كه - در مورد  باكترى‌ هاى گرم منفى - آن‌ها را در فضاى پرى‌پلاسمى، ميان لايه پپتيدوگليكان و غشاى خارجى، رها مى‌ سازند (ديواره سلولى را در ادامه ببينيد).

    در باكترى‌ هاى گرم مثبت، ترشح پروتئين‌ ها به طور مستقيم صورت مى ‌پذيرد، اما پروتئين‌ های ترشح شونده توسط باكترى ‌هاى گرم منفى بايد از غشاى خارجى بگذرند. شش مسير تراوش پروتئين در باكترى‌ ها توصيف شده است : سيستم ‌های ترشحى نوع I، نوع II، نوع III، نوع IV، نوع V و نوع VI. طرح كلى سيستم ‌هاى نوع I-V در شكل 13-2 ديده مى ‌شود. سيستم ‌هاى ترشحى نوع I و IV هم در باكترى‌ هاى گرم منفى و هم در باكترى ‌هاى گرم مثبت شرح داده شده ‌اند، در حالى كه سيستم ‌هاى ترشحى نوع II، III، V و VI تنها در باكترى ‌هاى گرم منفى يافت گرديده ‌اند. پروتئين ‌هاى ترشح شونده از مسير هاى نوع I و III در يك مرحله از غشاى داخلى یا IM (inner membrane) و غشاى خارجى یا OM  (outer membrane) عبور مى‌كنند، در حالى كه پروتئين ‌هاى ترشح شونده از مسير هاى نوع II و نوع V عرض IM و OM را در مرحل جداگانه طى مى‌ نمايند. پروتئين ‌هاى ترشح شونده از مسير هاى نوع II و V بر روى ريبوزوم‌ هاى سيتوپلاسمى به شكل پرى پروتئين ‌ها يا پروتئين ‌هاى اوليه ی داراى يك توالى اضافى رهبر يا سيگنالِ 15 تا 40 اسيد آمينه ‌اى (غالباً حدود 30 اسيد آمينه) در پايانه آمينو خود، سنتز گشته و به منظور انتقال از عرض IM  نيازمند سيستم sec هستند. در اشريشياكولى، مسير sec از تعدادى پروتئين IM (SecD، SecF و SecY)، يك ATP آز مرتبط با غشاى سلولى (SecA) كه انرژى را براى ترشح تأمين مى ‌نمايد، يك چَپِرون يا مُشايع (SecB) كه به پرى پروتئين اتصال مى ‌يابد، و سيگنال پپتيداز پرى ‌پلاسمى تشكيل شده است. پس از جابه‌جايى، توالى رهبر به وسيله سيگنال پپتيداز متصل به غشا جدا گرديده و پروتئين بالغ در فضاى  پرى ‌پلاسمى رها مى‌شود. در مقابل، پروتئين ‌هاى ترشح شونده توسط سيستم ‌هاى نوع I و III توالى رهبر نداشته و دست نخورده تراوش مى‌گردند.

    در باكترى‌ هاى گرم منفى و گرم مثبت، سيستم جابه‌جايى ديگرى در غشاى پلاسمايى، به نام مسير tat، مى‌تواند پروتئين ‌ها را از عرض غشا حركت دهد. در باكترى ‌هاى گرم منفى، اين پروتئين ‌ها سپس به سيستم نوع II واگذار مى ‌گردند (شكل 13-2). مسير tat از سيستم sec  متمايز است، در اينكه اين مسير پروتئين ‌هاى از قبل تاخورده را جابه‌جا مى‌نمايد.

    اگرچه پروتئين ‌هاى ترشح شونده از سيستم‌ هاى نوع II و نوع V از لحاظ مكانيسم گذر از عرض IM مشابه ‌اند، اما در چگونگى عبور آن‌ها از ميان OM تفاوت ‌هايى وجود دارد. پروتئين ‌هاى ترشح شونده در سيستم نوع II به واسطه يك كمپلكس چند پروتئينى از ميان OM انتقال مى‌يابند (شكل  13-2 را ببینید). اين سيستم مسير اصلى تراوش آنزيم ‌هاى تجزيه كننده ی خارج سلولى در باكترى ‌هاى گرم منفى است. ترشح الاستاز، فسفو ليپاز C و اگزوتوكسين A در پسودوموناس آئروژينوزا از طريق اين سيستم صورت مى‌ پذيرد. پروتئين ‌هاى ترشح شونده از سيستم نوع V به طور خودكار از عرض غشاى خارجى منتقل مى‌ شوند. اين انتقال به واسطه يك توالىِ پايانه ی كربوكسيل، كه به طور آنزيمى در هنگام رها سازى پروتئين از OM برداشته مى‌شود، انجام مى‌گيرد. برخى از پروتئين ‌هاى خارج سلولى، براى نمونه IgA پروتئاز در نيسريا گونوره‌ و سايتوتوكسين حفره‌ ساز در هليكوباكتر پايلورى، با اين سيستم ترشح مى‌ گردند.

    مسير هاى ترشحى نوع I و نوع III مستقل از sec بوده، و بنابراين به پردازش پايانه ی آمينو پروتئين ‌هاى ترشح شونده نياز ندارند. ترشح پروتئين از اين مسير ها در يك روند پيوسته، بدون حضور ميانجيگر سيتوپلاسمى رخ مى‌دهد. آلفا هموليزين اشريشياكولى و آدنيليل سيكلاز بوردتلا پرتوسيس از مسير نوع I ترشح مى‌شوند. سيستم نوع I به سه پروتئين ترشحى نيازمند است : يك كاست متصل شونده به ATP در IM (انتقال دهنده ی ABC)، كه انرژى را جهت ترشح پروتئين تأمين مى‌كند؛ يك پروتئين OM؛ و يك پروتئين ادغام غشايى، كه در غشاى داخلی لنگر مى‌شود و فضاى پرى ‌پلاسمى را طى مى‌نمايد (شكل 13-2 را ببینید). در اين مسير، اطلاعات، به جاى پپتيد سيگنال، در 60 اسيد آمينه ی پايانه كربوكسيلِ پروتئين ترشح شونده واقع شده است.

    مسيـر ترشحـى نوع III يـك سيستم وابسته به تمـاس (contact-dependent) مى‌ باشد. اين مسير در پى تماس با يك سلول ميزبان فعال مى‌شود و آنگاه يك پروتئين سمى را مستقيماً به درون سلول ميزبان تزريق مى ‌نمايد. دستگاه ترشحى نوع III تقريباً از 20 پروتئين تشكيل يافته است كه اكثر آن‌ها در IM مستقر گشته ‌اند. بيشتر اين اجزاى IM با دستگاه بيوسنتز تاژك در باكترى ‌هاى گرم منفى و گرم مثبت شباهت دارند. به سان مسير نوع I، پروتئين ‌هاى ترشح شونده از راه مسير III در جريان ترشح متحمل پردازش پايانه ی آمينو نمى ‌شوند.

    مسير هاى نوع IV سموم پلى ‌پپتيدى (را مستقيماً عليه سلول ‌هاى يوكاريوتى) يا كمپلكس ‌هاى پروتئين - DNA را بين دو سلول باكتريايى يا ميان يك سلول باكتريايى و يك سلول يوكاريوتى ترشح مى‌كنند. براى نمونه، كمپلكس پروتئين - DNA به كمك اين سيستم توسط آگروباكتريوم توميفِشِنس درون يك سلول گياهى آزاد مى‌ گردد. بعلاوه، بوردتلا پرتوسيس و هليكوباكتر پايلورى از سيستم ترشحى نوع IV برخوردار اند، كه به ترتيب ترشح توكسين پرتوسيس و فاكتور القا كننده اينترلوكين 8 را ميانجيگرى مى‌نمايد. اخيراً، سيستم نوع VI مستقل از sec در پسودوموناس آئروژينوزا شرح داده شده است، كه در بيماري زايى در اشخاص مبتلا به سيستيك فيبروزيس دست دارد. اين سيستم ترشحى از 20-15 پروتئين شكل مى‌گيرد، كه عملكرد بيوشيميايى آن‌ها به خوبى درك نشده است. با اين همه، مطالعات اخير پيشنهاد مى‌كنند که برخى از اين پروتئين‌ها با پروتئين‌هاى دم باكتريوفاژ هومولوژى مشترك دارند. مشخصات سيستم‌ هاى تراوش پروتئين باكترى ‌ها در جدول 5-9 خلاصه گرديده است.

 

4. عملكرد هاى بيوسنتزى - غشاى سلول جايگاه ليپيد هاى حاملى كه روى آن‌ها زير واحد هاى ديواره سلولى سر هم مى‌ شوند (مبحث سنتز مواد ديواره سلولى را در فصل 6 ببينيد)، به علاوه آنزيم‌ هاى بيوسنتزى ديواره سلولى است. آنزيم ‌هاى سنتز فسفو ليپيد نيز در غشاى سلولى واقع شده اند.

 

5. سيستم ‌هاى شيميو تاكسى (گرايش به مواد شيميايى) - مواد جاذب و دافع به گيرنده‌ هايى اختصاصى در غشاى باكترى اتصال مى‌يابند (تاژك را در ادامه ببينيد). دست كم 20 گيرنده شيميايى متفاوت در غشاى اشريشياكولى وجود دارد؛ تعدادى از آن‌ها همچنين به عنوان مرحله نخست در فرآيند انتقال نقش ‌آفرينى مى‌كنند.

 

شكل 12-2. سه نوع از انتقال دهنده‌ ها. .A تك انتقال ‌دهنده، .B هم انتقال دهنده، و .C پاد انتقال دهنده. تك انتقال دهنده‌ ها يك نوع منفرد از ماده را مستقل از هر ماده ديگرى انتقال مى‌دهند؛ هم انتقال دهنده‌ ها انتقال همزمان دو ماده متفاوت (معمولا يك ماده محلول و يك يون داراى با مثبت، H+) را در يك جهت كاتاليز مى ‌نمايند؛ و پاد انتقال دهنده ‌ها منجر به انتقال مبادله ‌اى دو ماده محلول مشابه در جهات مخالف مى‌شوند. يك پروتئين انتقالى واحد ممكن است بر حسب شرايط، تنها يكى از اين سه فرآيند را انجام داده، و يا اينكه دو، يا حتى هر سه فرآيند را به انجام برساند. تك انتقال دهنده‌ ها، هم انتقال دهنده‌ ها و پاد انتقال دهنده ‌ها از نظر ساختارى به يكديگر شباهت داشته و از لحاظ تكاملى به هم مرتبط ‌اند و با مكانيسم ‌هاى مشابهى عمل مى‌كنند.

شكل 12-2. سه نوع از انتقال دهنده‌ ها. .A تك انتقال ‌دهنده، .B هم انتقال دهنده، و .C پاد انتقال دهنده. تك انتقال دهنده‌ ها يك نوع منفرد از ماده را مستقل از هر ماده ديگرى انتقال مى‌دهند؛ هم انتقال دهنده‌ ها انتقال همزمان دو ماده متفاوت (معمولا يك ماده محلول و يك يون داراى با مثبت، H+) را در يك جهت كاتاليز مى ‌نمايند؛ و پاد انتقال دهنده ‌ها منجر به انتقال مبادله ‌اى دو ماده محلول مشابه در جهات مخالف مى‌شوند. يك پروتئين انتقالى واحد ممكن است بر حسب شرايط، تنها يكى از اين سه فرآيند را انجام داده، و يا اينكه دو، يا حتى هر سه فرآيند را به انجام برساند. تك انتقال دهنده‌ ها، هم انتقال دهنده‌ ها و پاد انتقال دهنده ‌ها از نظر ساختارى به يكديگر شباهت داشته و از لحاظ تكاملى به هم مرتبط ‌اند و با مكانيسم ‌هاى مشابهى عمل مى‌كنند.

 

شكل 13-2. سيستم ‌هاى تراوش پروتئين در باكترى ‌هاى گرم منفى. پنج سيستم ترشحى از باكترى‌ هاى گرم منفى نشان داده شده است. مسير هاى وابسته به Sec و Tat پروتئين ها را از سيتوپلاسم به فضاى پرى ‌پلاسمى تحويل مى ‌دهند. سيستم‌ هاى نوع II، نوع V و گاهى نوع IV روند ترشحِ آغاز شده توسط مسير وابسته به Sec را تكميل مى‌ نمايند. سيستم Tat ظاهراً پروتئين ‌ها را فقط به مسير نوع II تحويل مى ‌دهد. سيستم ‌هاى نوع I و نوع III  مسير هاى وابسته به Sec و Tat را دور مى ‌زنند و پروتئين ‌ها را مستقيماً از سيتوپلاسم، از ميان غشاى خارجى، به فضاى خارج سلولى مى ‌فرستند. سيستم نوع IV مى‌تواند با مسير وابسته به Sec يا به تنهايى كار كند و پروتئين ‌ها را به فضاى خارج سلولى ارسال دارد. پروتئين‌ هاى جابه‌جا شونده توسط مسير وابسته به Sec و مسير نوع III توسط پروتئين‌ هاى چپرون به اين سيستم‌ ها تحويل داده مى ‌شوند.

شكل 13-2. سيستم ‌هاى تراوش پروتئين در باكترى ‌هاى گرم منفى. پنج سيستم ترشحى از باكترى‌ هاى گرم منفى نشان داده شده است. مسير هاى وابسته به Sec و Tat پروتئين ها را از سيتوپلاسم به فضاى پرى ‌پلاسمى تحويل مى ‌دهند. سيستم‌ هاى نوع II، نوع V و گاهى نوع IV روند ترشحِ آغاز شده توسط مسير وابسته به Sec را تكميل مى‌ نمايند. سيستم Tat ظاهراً پروتئين ‌ها را فقط به مسير نوع II تحويل مى ‌دهد. سيستم ‌هاى نوع I و نوع III  مسير هاى وابسته به Sec و Tat را دور مى ‌زنند و پروتئين ‌ها را مستقيماً از سيتوپلاسم، از ميان غشاى خارجى، به فضاى خارج سلولى مى ‌فرستند. سيستم نوع IV مى‌تواند با مسير وابسته به Sec يا به تنهايى كار كند و پروتئين ‌ها را به فضاى خارج سلولى ارسال دارد. پروتئين‌ هاى جابه‌جا شونده توسط مسير وابسته به Sec و مسير نوع III توسط پروتئين‌ هاى چپرون به اين سيستم‌ ها تحويل داده مى ‌شوند.

 

ديواره سلولى

فشار اسمزى درونى در اكثر باكترى ‌ها در نتيجه ی غلظت مواد محلول از راه انتقال فعال، بين 5 تا 20 اتمسفر است. در صورت فقدان يك ديواره سلولى مقاوم، در اغلب محيط‌ها اين فشار براى متلاشى كردن سلول كافى بود (شكل 14-2). ديواره سلولى باكترى، استحكام خود را مرهون وجود لايه‌ اى ساخته شده از ماده ‌اى است كه با نام‌ هاى مختلف مورئين، موكوپپتيد، يا پپتيدوگليكان (همگى مترادف هستند) اشاره مى‌گردد. ساختار پپتيدوگليكان در ادامه بحث خواهد شد.

    اكثر باكترى‌ ها بر اساس پاسخ ‌شان نسبت به فرآيند رنگ‌ آميزى گرم، در دو گروه گرم مثبت و گرم منفى رده‌بندى مى‌گردند. عنوان اين شيوه از نام دانشمند بافت‌شناس هانس كريستيَن گِرَم اقتباس شده است، كه اين روش رنگ ‌آميزى افتراقى را در كوشش جهت رنگ نمودن باكترى ‌ها در بافت‌ هاى آلوده ابداع كرد. رنگ ‌آميزى گرم بر توانايى برخى از باكترى ‌ها (باكترى‌ هاى گرم مثبت) در نگاهداشت كمپلكس كريستال ويوله (يك رنگ ارغوانى) و يُد پس از شستشوى مختصر با الكل يا اَسِتون استوار مى‌باشد. باكترى ‌هاى گرم منفى، تركيب رنگ - يد را حفظ نكرده و نيمه شفاف مى‌شوند، اما آن‌ها سپس مى‌توانند با رنگ سافرانين (يك رنگ قرمز) به طور متضاد رنگ بگيرند. بنابراين، در زير ميكروسكوپ، باكترى ‌هاى   گرم مثبت به رنگ ارغوانى و باكترى ‌هاى گرم منفى به رنگ قرمز به نظر مى‌ رسند. اختلاف ميان اين دو گروه به وجود تفاوت ‌هاى اساسى در پوشش سلولى آنها بر مى ‌گردد (جدول 1-2).

 

شكل 14-2. ديواره سلولی سخت شکل باکتری را تعیین می کند. حتی اگر سلول شکافته شود، دیواره سلولی شکل اصلی آن را حفظ می نماید.

شكل 14-2. ديواره سلولی سخت شکل باکتری را تعیین می کند. حتی اگر سلول شکافته شود، دیواره سلولی شکل اصلی آن را حفظ می نماید.

 

    ديـواره سلولى، علاوه بر حفظ فشار اسمـزى، نقشى حياتى را در تقسيم سلولى ايفا نموده و همچنين به عنوان آغازگر بيوسنتز خود عمل مى ‌كند. لايه‌هاى گوناگون ديواره، مكان شاخصه‌هاى اصلى آنتى‌ژنى سطح سلول و يك جزء مسئول براى فعاليت اندوتوكسين غير اختصاصى (ليپو پلى‌ ساكاريد) باكترى‌ هاى گرم منفى است. به طور کلی، ديواره سلولى تراوايى غير انتخابی دارد؛ اگرچه، يك لايه از ديواره گرم منفى (يعنى غشاى خارجى) از عبور مولكول ‌هاى نسبتاً بزرگ جلوگيرى مى‌نمايد (ادامه را ببينيد).

    بيوسنتز ديواره سلولى و آنتى ‌بيوتيك ‌هايى كه در اين فرآيند تداخل ايجاد مى‌كنند، در فصل 6 به بحث گذارده شده است.

 

جدول 1-2. مقایسه ویژگی های باکتری های گرم مثبت و گرم منفی.

 

گرم مثبت

گرم منفی

رنگ سلول رنگ آمیزی شده گرم

ارغوانی

صورتی مایل به قرمز

جنس های نمونه

باسیلوس، استافیلوکوکوس، استرپتوکوکوس

اشریشیا، نیسریا، پسودوموناس

ساختار ها یا اجزای متمایز

پپتیدوگلیکان

لایه ضخیم

لایه نازک

اسید های تیکوئیک

+

-

غشای خارجی

-

+

لیپو پلی ساکارید (اندوتوکسین)

-

+

پروتئین های پورین

- (غیر ضروری به دلیل عدم وجود غشای خارجی)

+ (اجازه عبور ملکول ها از میان غشای خارجی را می دهد)

پری پلاسم

-

+

خصوصیات کلی

حساسیت به پنی سیلین

عموماً حساس تر (با استثنائات قابل توجه)

عموماً کمتر حساس (با استثنائات قابل توجه)

حساسیت به لیزوزیم

+

-

 

الف) لايه پپتيدوگليكان

پپتيدوگليكان يك پليمر پيچيده است كه آن را - به منظور توضيح - به سه بخش تقسيم مى‌كنيم : يك داربست متشكل از مولكول‌ هاى N-استيل گلوكز آمين و N-استيل موراميك اسيد كه به طور يك در ميان قرار دارند و با پیوند های β1→4 به هم مرتبط شده اند؛ يك سرى زنجيره‌ هاى جانبى تترا پپتيد يكسان كه به N-استيل موراميك اسيد اتصال يافته ‌اند؛ و يك سرى پل‌ هاى عرضى پپتيدىِ همانند (شكل 15-2). ساختمان داربست در تمام گونه ‌هاى باكتريايى مشابه است، در صورتى كه زنجيره ‌هاى جانبى تترا پپتيد و پل ‌هاى عرضى از گونه ‌اى به گونه ديگر تغيير مى‌كند. در ديواره سلولى بسيارى از باكترى‌هاى گرم منفى، پل عرضى از يك پيوند پپتيدى مستقيم بين گروه آمينو دى ‌آمينو پايمليك اسيد (DAP) از يك زنجيره جانبى و گروه كربوكسيل D-آلانين انتهايى از زنجيره جانبى دوم ايجاد مى‌گردد.

    زنجيره ‌هاى جانبى تترا پپتيدى در تمام گونه‌ ها از ويژگى‌ هاى مشترك مهمى نيز برخوردار اند. اكثر آن‌ها داراى L-آلانين در موقعيت 1 (در اتصال با N-استيل موراميك اسيد)، D-گلوتامات يا D-گلوتامات جانشين شده در موقعيت 2 و D-آلانين در موقعيت 4 هستند. موقعيت 3 جايگاهى تغيير پذير است: اغلب باكترى ‌هاى گرم منفى در اين موقعيت واجد دى‌ آمينو پايمليك اسيد مى ‌باشند، كه جزء ليپو پروتئين ديواره سلولى (كه در ادامه بحث مى‌شود) به آن اتصال مى ‌يابد. باكترى ‌هاى گرم مثبت معمولاً در موقعيت 3 داراى L-لايزين ‌اند؛ با اين وجود، در تعدادى از آن‌ها ممكن است دى ‌آمينو پايمليك اسيد يا اسيد آمينه ديگرى در اين موقعيت بنشيند.

 

    دى آمينو پايمليك اسيد يك سازه ی منحصر به فرد در ديواره سلولى باكترى ‌ها است. اين ماده هيچگاه در ديواره سلولى آركى‌ ها يا يوكاريوت‌ ها به چشم نمى‌خورد. دى‌ آمينو پايمليك اسيد پيش‌ساز بى ‌واسطه لايزين در بيـوسنتز باكتريايى اين اسيـد آمينه است (شكل 19-6 را ببينيد). جهش يافته ‌هاى باكتريايى ‌اى كه در آن‌ها از قبل مسير بيوسنتز دى‌ آمينو پايمليك اسيد مهار شده است، تا زمانى كه دى ‌آمينو پايمليك اسيد در محيط آن‌ها تأمين شود، به طور طبيعى رشد مى‌كنند؛ هنگامى كه فقط L-لايزين در محيط قرار گيرد، اين باكترى‌ ها متلاشى مى‌ گردند، چرا كه آن‌ها رشد را ادامه داده، اما به طور اختصاصى قادر به ساخت پپتيدوگليكان ديواره سلولى جديد نيستند.

    اين واقعيت كه تمام زنجيره ‌هاى پپتيدوگليكان به طور عرضى به يكديگر متصل گشته ‌اند، بدان معنا است كه هر لايه از پپتيدوگليكان يك مولكول غول ‌آساى منفرد مى ‌باشد. در باكترى ‌هاى گرم مثبت، تا 40 صفحه پپتيدوگليكان وجود دارد، كه تا 50 درصد از ماده ديواره سلولى را به خود اختصاص مى‌ دهند؛ در باكترى ‌هاى گرم منفى، به نظر مى‌رسد تنها يك يا دو صفحه پپتيدوگليكان، كه 5 تا 10 درصد از ماده ديواره را شامل مى‌شود، وجود داشته باشد. شكل باكترى‌ها كه يك ويژگىِ هر گونه به حساب مى ‌آيد، متأثر از ساختار ديواره سلولى آن‌ها است.

 

ب) اجزاى ويژه ديواره سلولى گرم مثبت

ديواره سلولى اكثر باكترى‌ هاى گرم مثبت حاوى مقادير قابل ملاحظه ‌اى اسيد تيكوئيك و اسيد تيكورونيك است، كه ممكن است تا 50 درصد از وزن خشك ديواره و 10 درصد از وزن خشك سلول كامل را شامل گردد. بعلاوه، بعضى از ديواره‌ هاى گرم مثبت ممكن است داراى مولكول ‌هاى پلى‌ ساكاريدى باشند.

 

1. اسيد هاى تيكوئيك و تيكورونيك - اصطلاح اسيد تيكوئيك در بر گيرنده هر ديواره، غشا يا پليمر كپسولى حاوى باقيمانده ی گليسروفسفات يا ريبيتول فسفات است. اين پلى‌ الكل‌ها به واسطه اتصالات فسفودى‌ استر به يكديگر مرتبط مى‌گردند و معمولاً ساير قند ها و D-آلانين به آن‌ها اتصال دارند (شكل 16-2، A). به دليل منفى بودن بار اسيد هاى تيكوئيك، آن‌ها تا اندازه‌ اى مسئول بار منفى سطح سلول هستند. دو نوع اسيد تيكوئيك وجود دارد : WTA يا اسيد تيكوئيك ديواره (wall teichoic acid)، كه به طور كووالان به پپتيدوگليكان اتصال مى‌يابد، و اسيد تيكوئيك غشا (membrane teichoic acid) ، كه با پيوند كووالان به گليكو ليپيد غشا متصل است. از آنجايى كه مورد آخر ارتباط نزديكى با ليپيد ها دارد، LTA يا اسيد ليپو تيكوئيك (lipoteichoic acids) ناميده مى‌شود. پپتيدوگليكان، WTA و LTA به همراه هم يك شبكه يا ماتريكس پلى‌ آنيونى را ايجاد مى ‌نمايند، كه عملكرد هاى مرتبط با كشسانى، پُر منفذى، نيروى كششی و خاصيت الكترو استاتيك پوشش را فراهم مى‌آورد. تمام باكترى ‌هاى گرم مثبت از LTA و WTA برخوردار نيستند.

    اكثر اسيد هاى تيكوئيك داراى مقادير زيادى D-آلانين، معمولاً در اتصال به موقعيت 2 يا 3 گليسرول يا موقعيت 3 يا 4 ريبيتول هستند. هرچند، در برخى از اسيد هاى تيكوئيك پيچيده ‌تر، D-آلانين به يكى از باقيمانده‌ هاى قندى متصل مى‌گردد. علاوه بر D-آلانين، جايگزين‌ هاى ديگرى همچون گلوكز، گالاكتوز، N-استيل گلوكز آمين، N-استيل گالاكتوز آمين يا سوكسينات ممكن است به گروه‌هاى هيدروكسيل آزاد گليسرول و ريبيتول متصل شوند. يك گونه ی معين ممكن است علاوه بر D-آلانين، واجد بيش از يك نوع جانشين قندى باشد؛ در چنين مواردى، مشخص نيست كه آيا قند هاى متفاوت بر روى همان مولكول اسيد تيكوئيك قرار دارند، يا آنكه روى مولكول ‌هاى مجزا اسيد تيكوئيك واقع شده‌ اند. تركيب اسيد تيكوئيك ايجاد شده توسط يك گونه ی باكتريايى معين مى‌تواند با تغيير در تركيب محيط رشد آن تغيير نمايد.

    اسيد هاى تيكوئيك، در گونه ‌هاى گرم مثبتِ حاوى آن، آنتى‌ژن ‌هاى سطحىِ اصلى را تشكيل مى‌ دهند، و دسترسى آنتى ‌بادى ‌ها به آن‌ها شاهدى بر اين موضوع است كه اسيد هاى تيكوئيك روى سطح خارجى پپتيدوگليكان استقرار دارند. هرچند، با تخريب جزئى پپتيدوگليكان، غالباً بر ميزان فعاليت آن‌ها افزوده مى‌شود؛ بنابراين، بخش عمده اسيد تيكوئيك ممكن است بين غشاى سيتوپلاسمى و لايه پپتيدوگليكان قرار داشته باشد، كه احتمالاً بخشی از آن از ميان منافذی به سمت بالا بيرون زده است (شكل 16-2، B). در پنوموكوكوس (استرپتوكوكوس پنومونيه) اسيد هاى تيكوئيك، شاخصه‌ هاى آنتى‌ ژنی موسوم به آنتى‌ ژن فورسمَن را حمل مى‌ كنند. در استرپتوكوكوس پايوژنز، LTA با پروتئين M، كه از غشاى سلولى تا لايه پپتيدوگليكان پيش آمده است، مرتبط مى ‌باشد. مولكول ‌هاى طويل پروتئين M به اتفاق LTA، ميكرو فيبريل ‌هايى را شكل مى ‌دهند كه به تسهيل اتصال استرپتوكوكوس پايوژنز به سلول‌ هاى حيوانى مى‌ انجامد (فصل 14 را ببینید).

    اسيد هاى تيكورونيك پليمر هايى شبيه به اسيد هاى تيكوئيك‌ اند، با اين تفاوت كه در آن‌ها، واحد هاى تكرارى، به جاى اسيد هاى فسفريك، از اسيد هاى قندى (نظير N-استيل مانوزورونيك يا D-گلوكوزورونيك اسيد) ايجاد شده است. آن‌ها هنگامى به جاى اسيد هاى تيكوئيك سنتز مى ‌گردند كه منابع فسفات محدود شده باشند.

 

. اجزا و ساختار پپتیدوگلیکان. A. ساختار شیمیایی N- استیل گلوکوز آمین (NAG) و N- استیل مورامیک اسید (NAM)؛ ساختار حلقه در هر دو ملکول، گلوکز است. زنجیره های گلیکان از زیر واحد های متناوب NAG و NAM ساخته شده اند که با پیوند کووالان به هم اتصال دارند. زنجیره های گلیکان مجاور از طریق زنجیره های تترا پپتید خود به طور عرضی به هم مرتبط شده و پپتیدوگلیکان را شکل می دهند. B. زنجیره های به هم پیوسته گلیکان، ملکول سه بعدی بزرگ پپتیدوگلیکان را ایجاد نموده اند. پیوند های β1→4 در ستون اصلی توسط لیزوزیم شکسته می شوند.

. اجزا و ساختار پپتیدوگلیکان. A. ساختار شیمیایی N- استیل گلوکوز آمین (NAG) و N- استیل مورامیک اسید (NAM)؛ ساختار حلقه در هر دو ملکول، گلوکز است. زنجیره های گلیکان از زیر واحد های متناوب NAG و NAM ساخته شده اند که با پیوند کووالان به هم اتصال دارند. زنجیره های گلیکان مجاور از طریق زنجیره های تترا پپتید خود به طور عرضی به هم مرتبط شده و پپتیدوگلیکان را شکل می دهند. B. زنجیره های به هم پیوسته گلیکان، ملکول سه بعدی بزرگ پپتیدوگلیکان را ایجاد نموده اند. پیوند های β1→4 در ستون اصلی توسط لیزوزیم شکسته می شوند.

شکل 15-2. اجزا و ساختار پپتیدوگلیکان. A. ساختار شیمیایی N- استیل گلوکوز آمین (NAG) و N- استیل مورامیک اسید (NAM)؛ ساختار حلقه در هر دو ملکول، گلوکز است. زنجیره های گلیکان از زیر واحد های متناوب NAG و NAM ساخته شده اند که با پیوند کووالان به هم اتصال دارند. زنجیره های گلیکان مجاور از طریق زنجیره های تترا پپتید خود به طور عرضی به هم مرتبط شده و پپتیدوگلیکان را شکل می دهند. B. زنجیره های به هم پیوسته گلیکان، ملکول سه بعدی بزرگ پپتیدوگلیکان را ایجاد نموده اند. پیوند های β1→4 در ستون اصلی توسط لیزوزیم شکسته می شوند.   

 

 

 اسيد هاى تيكوئيك و ليپو تيكوئيك پوشش گرم مثبت.ساختار اسيد تيكوئيك. قطعه اسيد تيكوئيكِ ساخته شده از فسفات، گليسرول و زنجيره جانبى R. R ممكن است D-آلانين، گلوكز يا ساير ملكول ‌ها باشد.

شكل 16-2. .A ساختار اسيد تيكوئيك. قطعه اسيد تيكوئيكِ ساخته شده از فسفات، گليسرول و زنجيره جانبى R. R ممكن است D-آلانين، گلوكز يا ساير ملكول ‌ها باشد. .B اسيد هاى تيكوئيك و ليپو تيكوئيك پوشش گرم مثبت.

 

2. پلى ‌ساكاريد ها - هيدروليز ديواره ‌هاى گرم مثبت، از برخى گونه‌ ها، قند هاى خنثى از قبيل مانوز، آرابينوز، رامنوز و گلوكز آمين را نتيجه داده است. پيشنهاد شده است كه اين قند ها به عنوان زير واحد هاى پلى‌ ساكاريدى در ديواره سلولى حضور دارند؛ اين كشف، گرچه بيان مى‌دارد كه اسيد هاى تيكوئيك و تيكورونيك ممكن است داراى انواعى از قند ها باشند (شكل 16-2، A)، اما منشأ واقعى اين قند ها را بازگو نمى ‌نمايد.

 

 پ) اجزاى ويژه ديواره سلولى گرم منفى

ديواره سلولى گرم منفى داراى سه جزء در خارج از لايه پپتيدوگليكان است : ليپو پروتئين، غشاى خارجى و ليپو پلى‌ ساكاريد (شكل 17-2).

1. غشاى خارجى - غشاى خارجى از لحاظ شيميايى متمايز از تمام غشا هاى بيولوژيكى ديگر است. اين غشا ساختارى دو لايه داشته، برگه داخلى آن تركيبى شبيه به غشاى سلولى دارد، در حالى كه برگه خارجى داراى يك تركیب مشخص به نام ليپو پلى ‌ساكاريد (LPS) است (ادامه را ببينيد). در نتيجه، برگه‌ هاى اين غشا نامتقارن ‌اند و خصوصيات اين دو لايه به طور چشمگيرى متفاوت از غشاى بيولوژيكىِ متقارنى همچون غشاى سلولى است.

توانايى غشاى خارجى در ممانعت از ورود ملكول‌ هاى آب‌ گريز، يك ويژگى نامعمول در ميان غشا هاى بيولوژيكى بوده و جهت حفاظت سلول (در مورد باكترى‌ هاى روده‌اى) در برابر مواد آسيب ‌زا مانند نمك‌ هاى صفراوى، به خدمت گرفته مى ‌شود. انتظار مى ‌رود غشاى خارجى، به دليل ماهيت ليپيدى خود، از ورود مولكول ‌هاى آب‌ دوست نيز جلوگيرى كند. هرچند، غشاى خارجى داراى كانال‌ هايى اختصاصى، ساخته شده از مولكول ‌هايى پروتئينى با نام پورين، است كه اجازه انتشار غير فعال تركيبات آب ‌دوست با وزن مولكولى پايين مانند قند ها، اسيد هاى آمينه و برخى يون ‌ها را مى‌دهد. مولكول‌ هاى بزرگ آنتى ‌بيوتيك تقريباً به آهستگى در غشاى خارجى نفوذ مى‌ نمايند، كه اين مسأله مقاومت نسبتاً بالاى باكترى‌ هاى گرم منفى در برابر آنتى ‌بيوتيك‌ ها را توجيه مى‌كند. تراوايى غشاى خارجى از يك گونه ی گرم منفى به گونه ی ديگر به شدت تغيير مى‌يابد؛ براى مثال، در پسودوموناس آئروژينوزا - كه نسبت به عوامل ضد باكتريايى بسيار مقاوم مى‌باشد - نفوذ پذيرى غشاى خارجى 100 بار كمتر از اشريشياكولى است.

    پروتئين‌ هاى اصلى غشاى خارجى - كه بر حسب ژن‌ هاى به رمز در آورنده آنها نامگذارى شده‌ اند - بر پايه جهش يافته‌ هاى فاقد آن‌ها و بر اساس آزمايشاتى كه در آن‌ها با ورود پروتئين ‌هاى خالص شده به درون غشا هاى مصنوعى، ساختار اوليه بازگشته است، در چند طبقه ی عملكردى گنجانده مى ‌شوند. پورين‌ ها، براى نمونه OmpC، D و F و PhoE در اشريشياكولى و سالمونلا تايفى موريوم پروتئين‌ هايى تريمر (سه واحدى) هستند كه در هر دو سطح غشاى خارجى نفوذ پيدا كرده ‌اند (شكل 18-2). آن‌ها با ايجاد منافذ نسبتاً غير اختصاصى، اجازه انتشار آزادانه مواد محلول كوچك آب‌ دوست را از عرض غشا امكان ‌پذير مى‌ نمايند. پورين‌ هاى گونه ‌هاى مختلف از محدوده‌ هاى ممانعت‌ كنندگى متفاوتى برخوردار اند، كه طيف آن‌ها براى وزن ‌هاى مولكولى حدود 600 در اشريشياكولى و سالمونلا تايفى موريوم تا بيش از 3000 در پسودوموناس آئرژينوزا متغير است.

 

شكل 17-2. نماى ملكولى پوشش يك باكترى گرم منفى. اشكال بيضى و مستطيل نشان ‌دهنده باقميانده‌ هاى قندى، و دايره‌ ها بيانگر گروه ‌ها سر قطبى گليسرو فسفو ليپيد (فسفاتيديل اتانول آمين و فسفاتيديل گليسرول) هستند و ناحيه مركزىِ نشان داده شده در شكل مربوط به اشريشياكولى 12-K                   مى ‌باشد. اين سويه به طور طبيعى داراى تكرار آنتى ‌ژن O نيست، مگر آنكه توسط يك پلاسميد مناسب ترانسفورمه گردد. MDO اليگو ساكاريد های مشتق شده از غشا (membrane-derived oligosaccharides).

شكل 17-2. نماى ملكولى پوشش يك باكترى گرم منفى. اشكال بيضى و مستطيل نشان ‌دهنده باقميانده‌ هاى قندى، و دايره‌ ها بيانگر گروه ‌ها سر قطبى گليسرو فسفو ليپيد (فسفاتيديل اتانول آمين و فسفاتيديل گليسرول) هستند و ناحيه مركزىِ نشان داده شده در شكل مربوط به اشريشياكولى 12-K مى ‌باشد. اين سويه به طور طبيعى داراى تكرار آنتى ‌ژن O نيست، مگر آنكه توسط يك پلاسميد مناسب ترانسفورمه گردد. MDO اليگو ساكاريد های مشتق شده از غشا (membrane-derived oligosaccharides).

 

شكل 18-2. .A تاخوردگى كلى يك مونومر پورين (پورين OmpF در اشريشاكولى). ساختار بزرگ، توخالى و بشكه مانند  شبيه بشكه ‌هايى كه از چوب ساخته شده ‌اند) از آرايش موازى ناهمسوى 16 رشته  پديد مى‌آيد. اين رشته‌ ها به واسطه حلقه ‌هاى كوچك يا پيچش ‌هاى منظم روى حاشيه پرى ‌پلاسمى مرتبط مى‌شوند (پايين)، و حلقه ‌هاى نامنظم بزرگ در سطح خارجى مى‌ ايستند (بالا). حلقه داخلى كه رشته‌ هاى بتاى 5 و 6 را پيوند مى‌ دهد و درون ساختار بشكه گسترش پيدا مى ‌كند با رنگ تيره مشخص گرديده است. انتها هاى زنجيره معلوم مى ‌باشند. سطح نزديك به بيننده در تماس ‌هاى زير واحد درگير است. .B نماى كلى تريمر OmpF. اين مولكول از منظر فضاى خارج سلولى در امتداد محور تقارن سه‌ گانه ملكولى نشان داده شده است.

شكل 18-2. .A تاخوردگى كلى يك مونومر پورين (پورين OmpF در اشريشاكولى). ساختار بزرگ، توخالى و بشكه مانند b شبيه بشكه ‌هايى كه از چوب ساخته شده ‌اند) از آرايش موازى ناهمسوى 16 رشته b پديد مى‌آيد. اين رشته‌ ها به واسطه حلقه ‌هاى كوچك يا پيچش ‌هاى منظم روى حاشيه پرى ‌پلاسمى مرتبط مى‌شوند (پايين)، و حلقه ‌هاى نامنظم بزرگ در سطح خارجى مى‌ ايستند (بالا). حلقه داخلى كه رشته‌ هاى بتاى 5 و 6 را پيوند مى‌ دهد و درون ساختار بشكه گسترش پيدا مى ‌كند با رنگ تيره مشخص گرديده است. انتها هاى زنجيره معلوم مى ‌باشند. سطح نزديك به بيننده در تماس ‌هاى زير واحد درگير است. .B نماى كلى تريمر OmpF. اين مولكول از منظر فضاى خارج سلولى در امتداد محور تقارن سه‌ گانه ملكولى نشان داده شده است.

 

 

    از اعضاى گروه دوم پروتئين‌ هاى غشاى خارجى، كه از بسيارى جهات شبيه پورين ‌ها هستند، مى‌توان به LamB و Tsx اشاره كرد. LamB، كه يك پورين القا پذير و همچنين گيرنده باكتريوفاژ لامبدا است، مسئول انتشار بيشتر مقادير مالتوز و مالتو دكسترين ‌ها از عرض غشا محسوب مى‌گردد؛ Tsx، كه گيرنده باكتريوفاژ T6 مى‌باشد، وظيفه انتشار نوكلئوزيد ها و برخى اسيد هاى آمينه را از عرض غشا به عهده دارد؛ هر چند، اختصاصيت نسبى آن ممكن است بازتاب بر هم كنش ‌هاى ضعيف مواد محلول با جايگاه‌ هايى درون اين كانال باشد كه براى اشكال خاص مولكول ‌ها اختصاصى ‌اند.

    پروتئين OmpA به تعداد فراوان در غشاى خارجى يافت مى‌شود. اين پروتئين در لنگر نمودن غشاى خارجى به لايه پپتيدوگليكان سهيم است؛ OmpA همچنيـن به عنوان گيـرنده پيلوس جنسى در كانجوگاسیـون باكتريايى با واسطه F، عمل مى‌ نمايد (فصل 7).

    غشاى خارجى همچنين داراى مجموعه ‌اى از پروتئين‌ ها در مقادير كمتر است، كه در انتقال مولكول‌ هاى ويژه همچون ويتامين B12 و كمپلكس ‌هاى سيدروفور - آهن نقش ايفا مى‌ كنند. آنها به سوبسترا هاى خود تمايل زيادى نشان داده و احتمالاً عملكردى به سان سيستم ‌هاى ترابرىِ حاملىِ كلاسيك در غشاى سيتوپلاسمى دارند. عملكرد صحيح اين پروتئين ‌ها نيازمند انرژى همراه از طريق پروتئينی موسوم به TonB است. پروتئين‌ هاى كوچك ديگر شامل شمار محدودى از آنزيم‌ ها، از جمله فسفو ليپاز ها و پروتئاز ها، هستند.

    توپولوژى (مكان‌ شناسى) پروتئين‌ هاى اصلى غشاى خارجى - كه بر اساس مطالعه پيوند هاى عرضى و آناليز ارتباطات عملكردى به دست آمده است - در شكل 17-2 ديده مى‌شود. غشاى خارجى هم با لايه پپتيدوگليكان و هم با غشاى سيتوپلاسمى مرتبط است. اتصال با لايه پپتيدوگليكان اصولاً با ميانجيگرى ليپو پروتئين غشاى خارجى صورت مى ‌گيرد (ادامه را ببينيد). حدود يك سوم از مولكول‌ هاى ليپو پروتئين به طور كووالان به پپتيدوگليكان متصل گشته ‌اند و به نگاهداشت دو ساختار در كنار هم كمك مى‌كنند. اتصال غير كووالان برخى پورين ‌ها با لايه پپتيدوگليكان، نقش كمترى را در ارتباط غشاى خارجى با اين ساختار ايفا مى‌ نمايد. پروتئين‌ هاى غشاى خارجى بر روى ريبوزوم ‌هاى متصل به سطح سيتوپلاسمى غشاى سلولى سنتـز                     مى‌ شوند؛ اين كه آنها چگونه به غشاى خارجى انتقال مى‌ يابند، همچنان نامشخص مانده است، اما يك فرضيه پيشنهاد مى‌ كند كه انتقال در نواحى چسبندگى ميان غشا هاى سيتوپلاسمى و خارجى رخ مى ‌دهد، كه در ميكروسكوپ الكترونى نمايان است. متأسفانه، مدرك محكمى مبنى برحضور اين نواحى چسبندگى عملاً با دشوارى به دست مى ‌آيد.

 

2. ليپو پلى ‌ساكاريد (LPS) - LPS ديواره ‌هاى سلولى گرم منفى داراى يك گليكو ليپيد پيچيده، به نام ليپيد A، است كه به پلى ‌ساكاريدى ساخته شده از يك هسته (مركز) و رديف‌ هايى انتهايى از واحد هاى تكرارى اتصال مى‌يابد (شكل 19-2، A). جزء ليپيد A به عنوان لنگر LPS در برگه خارجى غشا كار گذاشته شده است. LPS بر روى غشاى سيتوپلاسمى سنتز مى‌شود و به مكان خارجى نهايى خود انتقال پيدا مى ‌كند. حضور LPS براى عملكرد بسيارى از پروتئين ‌هاى غشاى خارجى ضرورى است.

 

شكل 19-2. ساختار ليپو پلى‌ ساكاريد. .A ليپو پلى‌ ساكاريد سالمونلا. اين طرح كه تا اندازه ‌اى خلاصه شده است، شكلى از LPS  را نشان مى‌دهد. (Abe، آبكيوز؛ Gal، گالاكتوز؛ GlcN، گلوكز آمين؛ Hep، هپتوز؛ KDO،  2-كتو-3-داكسى اكتونات؛ Man، مانوز؛ NAG، N- استيل گلوكز آمين؛ P، فسفات؛ Rha، L- رامنوز) ليپيد A در غشاى خارجى فرو مى‌رود. .B مدل مولكولىِ ليپو پلى ‌ساكاريد اشريشياكولى. ليپيد A و پلى ‌ساكاريد مركز مستقيم هستند؛ زنجيره جانبى O در اين مدل، در يك زاويه، خمش دارد.

شكل 19-2. ساختار ليپو پلى‌ ساكاريد. .A ليپو پلى‌ ساكاريد سالمونلا. اين طرح كه تا اندازه ‌اى خلاصه شده است، شكلى از LPS  را نشان مى‌دهد. (Abe، آبكيوز؛ Gal، گالاكتوز؛ GlcN، گلوكز آمين؛ Hep، هپتوز؛ KDO،  2-كتو-3-داكسى اكتونات؛ Man، مانوز؛ NAG، N- استيل گلوكز آمين؛ P، فسفات؛ Rha، L- رامنوز) ليپيد A در غشاى خارجى فرو مى‌رود. .B مدل مولكولىِ ليپو پلى ‌ساكاريد اشريشياكولى. ليپيد A و پلى ‌ساكاريد مركز مستقيم هستند؛ زنجيره جانبى O در اين مدل، در يك زاويه، خمش دارد.

 

 

    ليپيد A از واحد هاى دى‌ ساكاريد گلوكز آمين فسفريله ايجاد شده است كه به آن‌ها اسيد هاى چرب زنجيره بلند اتصال دارند (شكل 19-2). اسيد بتا هيدروكسى ميريستيك، كه يك اسيد چرب 14 كربنه است، هميشه حضور داشته و منحصر به اين ليپيد مى ‌باشد؛ ساير اسيد هاى چرب همراه با گروه‌ هاى جانشين روى فسفات‌ ها، بر حسب گونه باكتريايى تغيير مى ‌كنند.

    مركز پلى‌ ساكاريدى، كه در شكل 19-2، A و B نشان داده شده است، در تمام گونه ‌هاى گرم منفىِ واجد LPS مشابه بوده و داراى دو قند ويژه   كتو داكسى اكتانوئيك اسيد(KDO)  و هپتوز است. با اين وجود، هر گونه يك واحد تكرارى منحصر به فرد دارد، كه نمونه ‌اى از آن در شكل 19-2، A در سالمونلا مشاهده مى‌شود. واحد هاى تكرارى معمولاً ترى ‌ساكاريد هاى خطى يا تترا، و يا پنتا ساكاريد هاى شاخه‌ دار اند. واحد تكرارى تحت عنوان آنتى‌ژن O اشاره مى‌ گردد. زنجيره ‌هاى كربوهيدراتى آب ‌دوست آنتى ‌ژن O، سطح باكتريايى را پوشانده و از ورود تركيبات آب‌ گريز جلوگيرى مى‌ كنند.

    مولكول ‌هاى LPS داراى بار منفى، به واسطه كاتيون‌ هاى دو ظرفيتى (يعنى، Ca2+ و Mg2+) به طور غيركووالان پل عرضى زده ‌اند. اين كار به پايدارى غشا مى‌ انجامد و سدى را در برابر مولكول ‌هاى آب‌ گريز فراهم   مى ‌سازد. برداشت كاتيون ‌هاى دوظرفيتى به كمك عوامل جاذب يا جابه‌جايى آن‌ها با آنتى‌بيوتيك‌ هاى پلى‌ كاتيونى نظير پلى‌ ميكسين ‌ها و آمينو گليكوزي ها، غشاى خارجى را نسبت به مولكول ‌هاى بزرگ آب‌ گريز تراوا مى‌ نمايد.

    لیپو پلی ساکارید (LPS)، كه به شدت براى حيوانات سمى است، به نام اندوتوكسين (سم داخلى) باكترى ‌های گرم منفى شناخته مى ‌شود، زيرا به طور محكم به سطح سلول اتصال دارد و تنها در پى ليز سلول آزاد مى ‌گردد. هنگامى كه LPS به ليپيد A و پلى ‌ساكاريد مى ‌شكند، تمام سميت آن همراه ليپيدA  است. آنتى‌ژن O در مهره ‌داران بسيار ايمونوژنيك مى ‌باشد. اختصاصيت آنتى ‌ژنى آن ميان‌گونه‌ ها و حتى در سويه‌ هاى درون يك گونه شديداً تغيير مى‌كند. تعداد انواع آنتى ‌ژن ممكن، بسيار زياد است : بيش از 1000 نوع آن به تنهایی در سالمونلا شناسايى شده است. تمام باكترى‌ ها گرم منفى از LPS ساخته شده از تعداد متغيرى از زير واحد هاى اليگو ساكاريدى تكرارى برخوردار نيستند (شکل 19-2 را ببنید)؛ گليكو ليپيد هاى غشاى خارجى باكترى ‌هايى كه سطوح مخاطى را كلونيزه مى ‌نمايند (مانند نيسريا مننژايتيديس، نيسريا گونوره، هموفيلوس آنفولانزا، و هموفيلوس دوكرِئى) داراى بخش ‌هاى قندى (گليكان ‌هاى) نسبتاً كوتاه و شاخه دار مى ‌باشند. اين گليكو ليپيد هاى كوچك تر با ساختار هاى LPS «نوع R» كه فاقد آنتى‌ژن‌هاى O اند و به وسيله جهش يافته ‌هاى خشن باكترى‌ هاى روده ‌اى نظير اشريشياكولى پديد مى ‌آيند، قابل مقايسه هستند. اگرچه، ساختار آن‌ها به گليكو اسفنگو ليپيد هاى غشا هاى سلولى پستانداران بسيار شباهت داشته و مناسب ‌تر است آن‌ها را ليپو اليگو ساكاريد (LOS) بناميم. اين ملكول‌ ها گوناگونى آنتى ‌ژنى و ساختارى وسيعى را، حتى در يك گونه ی منفرد، نشان مى‌دهند. LOS يك فاكتور ويرولانس مهم است. اپى‌توپ ‌ها (شاخصه ‌هاى آنتى ‌ژنى) شناسايى شده روى LOS، تقليدى از ساختار هاى ميزبان بوده و ممكن است ارگانيسم را قادر به فرار از پاسخ ايمنى ميزبان نمايند. بعضى از LOS ها (مانند LOS نيسريا گونوره‌، نيسريا مننژايتيديس و هموفيلوس دوكرئى) يك باقيمانده N-استيل لاكتوز آمين انتهايى (Galβ-1→4-GlcNAc) دارند كه از لحاظ ايمونو شيميايى مشابه پيش‌ساز آنتى‌ژن i گلبول قرمز انسان است. در حضور يك آنزيم باكتريايى به نام سياليل ترانسفراز و يك سوبستراى ميزبانى يا باكتريايى (سيستيدين منوفسفو-N-استيل نورامينيك اسيد، CMP-NANA)، باقيمانده N-استيل لاكتوز آمين سياليله مى ‌شود. سياليله ‌شدن، كه در بدن موجود زنده رخ  مى ‌دهد، مزيت ‌هاى محيطىِ تقليد مولكولى از يك آنتى ‌ژن ميزبان و پنهان شدن بيولوژيكى توسط اسيد هاى سياليك را براى ارگانيسم فراهم مى ‌كند.

 

3. ليپو پروتئين - مولكول‌ هاى يك ليپو پروتئين نامعمول ميان لايه ‌هاى غشاى خارجى و پپتيدوگليكان پيوند عرضى برقرار مى‌كند (شكل 17-2 را ببینید). ليپو پروتئين 57 اسيد آمينه دارد، كه به صورت تكرار هاى يك توالى 15 اسيد آمينه ‌اى نمايش داده مى‌شود؛ پپتيد آن به باقيمانده‌ هاى DAP زنجيره ‌هاى جانبى تترا پپتيد پپتيدوگليكان اتصال مى ‌يابد. جزء ليپيدى اين مولكول شامل يك دى ‌گليسريد تيو اترِ متصل شده به يك سيستئين انتهايى مى ‌باشد، كه به طور غير كووالان در غشاى خارجى الحاق شده است. ليپو پروتئين از نظر تعداد فراوان‌ ترين پروتئين سلول‌ هاى گرم منفى محسوب مى‌گردد (حدود 000,700 مولكول در هر سلول). عملكرد اين مولكول (كه به دنبال رفتار جهش يافته‌ هاى فاقد آن مشخص شده است) پايدارى غشا و لنگر نمودن آن به لايه پپتيدوگليكان مى ‌باشد.

 

4. فضاى پرى ‌پلاسمى - فضاى ميان غشا هاى داخلى و خارجى، فضاى پرى ‌پلاسمى نام دارد كه مشتمل بر لايه پپتيدوگليكان و يك محلول شبه ژلاتينى از پروتئين ‌ها است. فضاى پرى ‌پلاسمى تقريباً 40-20 درصد از حجم سلول را در بر مى‌ گيرد، كه در خور توجه مى ‌باشد. پروتئين‌ هاى حاضر در فضاى پرى ‌پلاسمى عبارتند از : پروتئين ‌هاى متصل ‌شونده به سوبسترا هاى اختصاصى (مانند اسيد هاى آمينه، قند ها، ويتامين‌ ها و يون ‌ها)؛ آنزيم ‌هاى هيدروليتيك (مانند آلكالين فسفاتاز و 5َ- نوكلئوتيداز) كه منجر به شكسته شدن سوبسترا هاى غير قابل انتقال به سوبسترا هاى قابل انتقال مى‌ گردند؛ و آنزيم‌ هاى سم‌ زدا (مانند بتا لاكتاماز و آمينوگليكوزيد - فسفريلاز) كه پاره ‌اى از آنتى‌بيوتيك ‌ها را از كار مى ‌اندازند. پرى ‌پلاسم همچنين داراى غلظت ‌هاى بالايى از پليمر هاى بسيار شاخه‌دار D-گلوكز (با طول 8 تا 10 باقيمانده) است، كه به طور گوناگون با باقيمانده ‌هاى گليسرول فسفات و فسفاتيديل اتانول آمين جايگزين مى ‌شود؛ برخى هم از استر هاى O- سوكسينيل برخوردار اند. اين پليمر ها كه اصطلاحـاً MDO یـا اليگو ساكـاريد هاى مشتق شده از غشـا (membrane-derived oligosaccharides) نام دارند، به نظر  مى ‌رسد در تنظيم اسمزى نقش ايفا كنند، زيرا سلول ‌هاى رشد يافته در محيط ‌هاى واجد اسمولاريته پايين، بر سنتز اين تركيبات تا 16 برابر مى ‌افزايند.

 

ت) ديواره سلولی اسيد - فست

ديواره سلولى برخى از باكترى ‌ها، خصوصاً باسيل سل (مايكوباكتريوم توبركلوزيس) و خويشاوندان آن محتوى مقادير زيادى موم (هيدروكربن ‌هاى پيچيده ی شاخه‌ دار، با طول 70 تا 90 كربن) با عنوان اسيد مايكوليك است. اين ديواره سلولى از پپتيدوگليكان و يك دو لايه ليپيدى نامتقارن خارجى ايجاد مى‌گردد؛ برگه داخلى آن حاوى اسيد هاى مايكوليك متصل به آرابينوگليكان، و برگه خارجى در بر دارنده ساير ليپيد هاى قابل استخراج است. دو لايه ليپيدى بسيار منظم مى ‌باشد و پروتئين ‌هاى كار گذاشته شده در آن، منافذى مملو از آب را پديد مى ‌آورند كه نوتريئنت‌ ها و برخى دارو ها مى‌توانند به آهستگى از خلال آن ‌ها عبور نمايند. تعدادى از تركيبات نيز مى‌توانند از بخش‌ هاى ليپيدى ديواره سلولى، هر چند به كندى، بگذرند. اين ساختمان آب گريز به چنين باكترى‌ هايى مقاومت در برابر بسيارى از مواد شيميايى خشن، از جمله شوينده‌ ها و اسيد هاى قوى را اعطا مى‌كند. چنانچه يك رنگ به واسطه حرارت مختصر يا به همراهى شوينده‌ ها به درون اين سلول ‌ها راه يابد، به سان ساير باكترى ‌ها، به وسيله اسيد هيدروكلريك رقيق نمى‌تواند برداشت گردد. از اين جهت، به اين ارگانيسم‌ ها اسيد - فست (مقاوم به اسيد) گفته مى‌شود. تراوايى ديواره سلولى اسيد - فست نسبت به مولكول ‌هاى آب‌دوست، 100 تا 1000 برابر كمتر از نفوذ پذيرى ديواره سلولى اشريشياكولى به اين مولكول‌ها است و اين موضوع ممكن است مسئول سرعت آهسته رشد در مايكوباكتريوم‌ ها باشد.

 

ث) ديواره سلولى آركى‌ ها

ديواره سلولى آركى‌ها مشابه ديواره ساير باكترى‌ ها نيست. برخى از آركى‌ ها داراى يك لایه ساده S (ادامه را ببينيد) هستند، كه اغلب از گليكو پروتئين ايجاد مى‌شود. بعضى از آن‌ها يك ديواره سلولى مستحكم دارند كه از        پلى ‌ساكاريد ها و يك پپتيدوگليكان موسوم به پسودومورئين (مورئين كاذب) ساخته شده است. پسودومورئين به علت دارا بودن اسيدهاى آمينهL  به جاى اسيد هاى آمينه D، و واحد هاى دى ‌ساكاريدى با پيوند a-1→3 به جاى β-1→4 از پپتيدوگليكان باكترى‌ ها متفاوت مى ‌باشد. آركى ‌هايى كه ديواره سلولى پسودومورئين دارند، گرم مثبت ‌اند.

 

 ج) لايه‌ هاى سطحى بلورين

بسيارى از باكترى‌ ها - هم گرم مثبت و هم گرم منفى، به علاوه آركى‌ ها - داراى يك شبكه لايه ‌اى زير واحدى و كريستالى (بلورين) دو بعدى از مولكول ‌هاى پروتئين يا گليكو پروتئين (لايه S) به عنوان خارجى‌ ترين جزء پوشش سلولى خود هستند. در باكترى ‌هاى گرم مثبت و گرم منفى، گاهى اوقات اين ساختار به ضخامت چندين مولكول است. در بعضى از آركى ‌ها، اين لايه تنها لايه در خارج غشاى سلولى محسوب مى ‌گردد.

    لايه ‌هـاى S عمومـاً از نوع منفردى از مولكول پروتئينى، گـاه با هيدرات‌ هاى كربن متصل به آن، ساخته مى ‌شوند. مولكول ‌هاى جدا شده ی لايه S قادر به سر هم كردن خود مى ‌باشند، يعنى آنها صفحاتى مشابه يا يكسان با صفحات حاضر روى سلول ‌ها را مى ‌سازند. پروتئين ‌هاى لايه S نسبت به آنزيم‌ هاى پروتئوليتيك و عوامل تغيير دهنده ماهيت پروتئين پايدار اند. عملكرد لايه S روشن نيست، اما اين لايه احتمالاً نقش حفاظتى دارد. در مواردى، نشان داده شده است كه لايه S، سلول را از آنزيم‌ هاى تخريب كننده ی ديواره، از تهاجم باكترى بِدلوويبريو باكتريووُروس (يك باكترى شكارچى)، و از باكتريوفاژ ها حفظ مى‌ نمايد. اين لايه همچنين در نگهدارى شكل سلول در برخى گونه‌ هاى آركى نقش ايفا مى‌ كند، و ممكن است در چسبندگى سلولى به سطوح اپيدرمى ميزبان درگير باشد.

 

 چ) آنزيم‌ هايى كه به ديواره‌ هاى سلولى حمله مى ‌برند

پيوند β1→4 موجود در داربست پپتيدوگليكان توسط آنزيم ليزوزيم، كه در ترشحات (اشك، بزاق و ترشحات بينى)، به علاوه در سفيده تخم‌ مرغ يافت مى ‌شود، هيدروليز مى‌ گردد (شکل 15-2 را ببینید). مواجهه باكترى‌هاى گرم مثبت با ليزوزيم در محيط‌ هايى كه قدرت اسمزى پايينى دارند، به ليز آن‌ها مى‌ انجامد؛ چنانچه بر قدرت اسمزى محيط جهت به توازن رساندن فشار اسمزى درون سلول افزوده شود، اجسام كروى آزاد موسوم به پروتوپلاست‌ ها رها مى‌ گردند. غشاى خارجى ديواره سلولى گرم منفى از دستيابى ليزوزيم به ديواره جلوگيرى مى‌ كند، مگر آن كه به وسيله عاملى همچون اتيلن دى‌ آمين تترا استيك اسيد (EDTA)، كه يك تركيب جذب كننده كاتيون ‌هاى دو ظرفيتى است، تخريب شود؛ در محيط‌ هاى حفظ شده از لحاظ اسمزى، سلول‌ ها در اثر برخورد با EDTA - ليزوزيم، اسفروپلاست ‌ها را ايجاد مى ‌نمايند كه هنوز بقايايى از ديواره گرم منفى پيچيده، شامل غشاى خارجى، را به همراه دارند.

    باكترى ‌ها داراى تعدادى اتوليزين (خود ليز كننده) هستند. اتوليزين‌ ها آنزيم ‌هايى هيدروليتيك ‌اند كه پپتيدوگليكان را مورد هجوم قرار مى‌ دهند. آن‌ها شامل موراميداز ها، گلوكز آمينيداز ها، اندوپپتيداز ها و كربوكسى            پپتيداز ها مى‌ باشند. اين آنزيم‌ ها سبب تغيير يا تخريب پپتيدوگليكان در باكترى ‌ها مى ‌شوند. آنزيم‌ هاى اتوليزين احتمالاً در رشد و تغييرات ديواره سلولى و در تخريب سلول مشاركت مى ‌نمايند، اما فعاليت آنها در هنگام تجزيه سلول‌ هاى مرده (اتوليز) آشكارتر است.

    آنزيم ‌هاى تخريب‌ كننده ديواره سلولى باكتريايى همچنين در سلول ‌هايى كه باكترى ‌هاى كامل را هضم مى‌كنند (مانند پروتوزوئر ها و سلول ‌هاى فاگوسيتى حيوانات عالى) يافت مى ‌شوند.

 

 ح) رشد ديواره سلولى

سنتز ديواره سلولى به منظور تقسيم سلول ضرورى مى ‌باشد؛ هرچند، الحاق ماده ديواره سلولى جديد بر اساس شكل باكترى متفاوت است. باكترى‌ هاى ميله‌اى شكل (مانند اشريشياكولى و باسيلوس سوبتيليس) از دو روش براى سنتز ديواره سلولى استفاده مى‌ كنند؛ در شيوه نخست، پپتيدوگليكان جديد در امتداد يك مسير مارپيچ جاى مى‌گيرد كه نتيجه آن طويل شدن سلول است؛ و در روش ديگر، يك حلقه بسته پيرامون جايگاه تقسيم آتى الحاق مى‌شود كه پيامد آن تشكيل تيغك تقسيم است. به نظر نمى‌ رسد سلول‌ هاى كروى شكل، مانند استافيلوكوكوس اورئوس از شيوه طويل شدن سنتز ديواره برخوردار باشند. به جاى آن پپتيدوگليكان جديد تنها در جايگاه تقسيم الحاق مى‌ گردد. سومين حالت از رشد ديواره سلولى را مى‌توان، براى مثال در استرپتوكوكوس پنومونيه ديد، كه يك كوكوس حقيقى نيست، زيرا شكل آن كاملاً كروى نبوده، بلكه به شكل يك توپ راگبى است. سنتز ديواره سلولى استرپتوكوكوس پنومونيه نه تنها در تيغك، در حلقه ‌هاى به اصطلاح استوايى نيز رخ مى‌ دهد (شكل 20-2).

 

 شكل 20-2. الحاق ديواره سلولى جديد در اشكال متفاوت باكترى‌ ها. باكترى ‌هاى ميله‌اى شكل، نظير باسيلوس سوبتيليس يا اشريشياكولى از دو شيوه براى سنتز ديواره سلولى بهره مى‌برند : پپتيدوگليكان جديد در امتداد يك مسير مارپيچ جاى مى‌گيرد (A)، كه نتيجه آن طويل شدن ديواره جانبى است؛ و الحاق يك حلقه بسته پيرامون جايگاه تقسيم آتى، كه پيامد آن تشكيل تيغك تقسيم است (B). سلول ‌هاى استرپتوكوكوس پنومونيه به شكل يك توپ راگبى ‌اند و با الحاق ماده ديواره سلولى جديد در حلقه ‌هايى به اصطلاح استوايى طويل مى‌گردند (A)، كه با رشد اضافى ديواره سلولى كه سلول را احاطه مى ‌كند، مطابقت دارد. يك حلقه اوليه دو برابر گشته و دو حلقه حاصل به تدريج جدا مى‌ شوند، و جايگاه‌ هاى تقسيم آتى سلول هاى دخترى برجسته مى ‌گردند. سپس، سنتز تيغك تقسيم در وسط سلول صورت مى‌ پذيرد (B). در سلول ‌هاى كروى، نظیر استافيلوكوكوس اورئوس، روش طويل شدن سنتز ديواره سلولى اتفاق نمى ‌افتد. به جاى آن، پپتيدوگليكان جديد تنها در تيغك تقسيم قرار داده مى ‌شود (B).

 شكل 20-2. الحاق ديواره سلولى جديد در اشكال متفاوت باكترى‌ ها. باكترى ‌هاى ميله‌اى شكل، نظير باسيلوس سوبتيليس يا اشريشياكولى از دو شيوه براى سنتز ديواره سلولى بهره مى‌برند : پپتيدوگليكان جديد در امتداد يك مسير مارپيچ جاى مى‌گيرد (A)، كه نتيجه آن طويل شدن ديواره جانبى است؛ و الحاق يك حلقه بسته پيرامون جايگاه تقسيم آتى، كه پيامد آن تشكيل تيغك تقسيم است (B). سلول ‌هاى استرپتوكوكوس پنومونيه به شكل يك توپ راگبى ‌اند و با الحاق ماده ديواره سلولى جديد در حلقه ‌هايى به اصطلاح استوايى طويل مى‌گردند (A)، كه با رشد اضافى ديواره سلولى كه سلول را احاطه مى ‌كند، مطابقت دارد. يك حلقه اوليه دو برابر گشته و دو حلقه حاصل به تدريج جدا مى‌ شوند، و جايگاه‌ هاى تقسيم آتى سلول هاى دخترى برجسته مى ‌گردند. سپس، سنتز تيغك تقسيم در وسط سلول صورت مى‌ پذيرد (B). در سلول ‌هاى كروى، نظیر استافيلوكوكوس اورئوس، روش طويل شدن سنتز ديواره سلولى اتفاق نمى ‌افتد. به جاى آن، پپتيدوگليكان جديد تنها در تيغك تقسيم قرار داده مى ‌شود (B).

 

خ) پروتوپلاست ‌ها، اسفروپلاست‌ ها و اشكال L

برداشت ديواره باكتريايى ممكن است به واسطه هيدروليز آن با ليزوزيم يا با مهار سنتز پپتيدوگليكان به كمك يك آنتى‌بيوتيك، مانند پنى‌ سيلين، انجام گيرد. در محيط‌ هاى حفظ شده از لحاظ اسمزى، اين اعمال، پروتوپلاست ‌ها را از باكترى ‌هاى گرم مثبت، و اسفروپلاست ‌ها را (كه غشاى خارجى و پپتيدوگليكان به دام افتاده را نگه داشته ‌اند) از سلول‌ هاى گرم منفى آزاد مى‌ كند.

    چنانچه اين قبيل سلول ‌ها قادر به رشد و تقسيم باشند، به آن‌ها اشكال L يا L- فرم مى‌ گويند. اشكال L به دشوارى كشت مى‌ گردند و معمولاً به محيطى كه با آگار جامد شده است، به علاوه قدرت اسمزى مناسبى دارد، نيازمند هستند. توليد اشكال L با پنى ‌سيلين، نسبت به توليد آن‌ها با ليزوزيم، آسان‌ تر است، كه پيشنهاد مى ‌شود به دليل نياز آن‌ها به پپتيدوگليكان است.

    برخى از اشكال L مى ‌توانند در پى حذف عامل محرك، به شكل باسيلى طبيعى باز گردند. بنابراين، آن‌ها قادر به از سر گرفتن سنتز ديواره سلولى طبيعى مى ‌باشند. سايرين پايدار بوده و هيچگاه بازگشت نمى ‌نمايند. آنچه ظرفيت آن‌ها را جهت بازگشت معين مى ‌سازد، ممكن است حضور بقاياى پپتيدوگليكان باشد كه به طور طبيعى به عنوان آغازگر بيوسنتز خود عمل مى‌كند.

    پديد آمدن اشكال L در بعضى از گونه‌ هاى باكتريايى به طور خود به ‌خود صورت مى‌گيرد. ايجاد اشكال L، چه به طور خود به ‌خودى و چه با القا آنتى ‌بيوتيكی ممكن است در ميزبان باعث پيدايش عفونت‌ هاى مزمن شود، و اين ارگانيسم‌ ها در نواحى حفظ شده بدن پنهان بمانند. در شيمى ‌درمانى، عفونت ‌هاى حاصل از اشكال L مشكلات خاصى را به ارمغان آورده ‌اند، زيرا آن‌ها در برابر درمان آنتى‌بيوتيكى نسبتاً مقاوم ‌اند. بازگشت آن‌ها به شكل باسيلى مى‌تواند به عود عفونت آشكار بيانجامد.

 

د) مايكوپلاسما ها

مايكوپلاسما ها باكترى ‌هاى فاقد ديواره سلولى بوده، پپتيدوگليكان ندارند (شکل 1-25 را ببینید). آركى ‌هاى بدون ديواره نيز وجود دارند، اما كمتر مطالعه شده ‌اند. بر اساس آناليـز ژنومى، مايكوپلاسما هـا نزديك بـه باكترى ‌هاى گرم مثبت قرار مى ‌گيرند و ممكن است از آن‌ها مشتق شده باشند. مايكوپلاسما ها جايگاه هدفى براى عوامل ضد ميكروبىِ مهار كننده ديواره سلولى (مانند پنى‌ سيلين‌ها و سفالوسپورين‌ ها) ندارند و از اين ‌رو به چنين دارو هايى مقاوم ‌اند. برخى، همچون مايكوپلاسما پنوموينه - يك عامل پنومونى - در غشاى خود استرول دارند. اختلاف بين اشكال L و  مايكوپلاسما ها در اين است كه به هنگام اجازه ی بازساخت مورئين، اشكال L به شكل باكتريايى اصلى خود باز مى ‌گردند، در حالى كه مايكوپلاسما ها هيچگاه اين كار را انجام نمى‌ دهند.

 

كپسول و گليكوكاليكس

بسيارى از باكترى‌ ها در طى رشد در محيط ‌هاى طبيعى خود، مقادير زيادى از پليمر هاى خارج سلولى را سنتز مى ‌نمايند. صرف ‌نظر از يك استثنای شناخته شده (كپسول ‌هاى پلى -D- گلوتاميك اسيد باسيلوس آنتراسيس و باسيلوس ليكنى فورميس) اين مواد خارج سلولى، پلى ‌ساكاريدى‌ اند (جدول 2-2). اصطلاحات كپسول و اسلايم لاير (لايه لزج) غالباً جهت توصيف لايه‌ هاى پلى ‌ساكاريدى به كار مى ‌روند؛ اصطلاح كلى ‌تر گليكوكاليكس نيز مورد استفاده است. گليكوكاليكس به عنوان ماده پلى ‌ساكاريدى افتاده در خارج از سلول تعريف مى‌شود. لايه مشخص و متراكمى كه از نزديك اطراف سلول را احاطه كرده و از وارد شدن ذرات، مانند مركب چين، جلوگيرى مى‌كند، با عنوان كپسول اشاره مى ‌گردد (شكل 21-2). اگر گليكوكاليكس به صورت سُست به سلول متصل باشد و از ورود ذرات جلوگيرى ننمايد، به آن اسلايم لاير گفته مى‌شود. سنتز پليمر خارج سلولى به كمك آنزيم‌ هاى مستقر روى سطح باكتريايى انجام مى ‌پذيرد. براى مثال، استرپتوكوكوس موتانس از دو آنزيم گلوكوزيل ترانسفراز و فروكتوزيل ترانسفراز براى سنتز دِكستران‌ هاى زنجيره بلند (پلى -D- گلوكز) و لِوان ‌هاى زنجيره بلند (پلى D- فروكتوز) از سوكروز بهره مى‌ گيرد. اين پليمر ها هومو پليمر  نام دارند. پليمر هاى حاوى بيش از يك نوع مونو ساكاريد هترو پليمر ناميده مى ‌شوند.

 

شكل 21-2. كپسول ‌هاى باكتريايى. .A رنگ ‌آميزى كپسول باسيلوس آنتراسيس به روش مَك فایدين. باسيلوس آنتراسيس در خون دِفيبرينه ی اسب، در دماى C°35 رشد يافته است. .B اثبات حضور كپسول در باسيلوس آنتراسيس به واسطه رنگ‌ آميزى منفى با مركب چين. اين شيوه براى بهبود مشاهده باكترى ‌هاى كپسول‌ دار در نمونه هاى بالينى، مانند خون، كشت خون، يا مايع مغزى نخاعى سودمند است.

شكل 21-2. كپسول ‌هاى باكتريايى. .A رنگ ‌آميزى كپسول باسيلوس آنتراسيس به روش مَك فایدين. باسيلوس آنتراسيس در خون دِفيبرينه ی اسب، در دماى C°35 رشد يافته است. .B اثبات حضور كپسول در باسيلوس آنتراسيس به واسطه رنگ‌ آميزى منفى با مركب چين. اين شيوه براى بهبود مشاهده باكترى ‌هاى كپسول‌ دار در نمونه هاى بالينى، مانند خون، كشت خون، يا مايع مغزى نخاعى سودمند است.

 

جدول 2-2. تركيب شيميايى پليمر خارج سلولى در برخى باكترى ‌ها

ارگانيسم

پليمر

زير واحد هاى شيميايى

باسيلوس آنتراسيس

پلى‌پپتيد

اسيد D- گلوتاميك

انتروباكتر آئروژنز

پلى‌ ساكاريد مركب از چند جزء

گلوكز، فوكوز، گلوكورونيك اسيد

هموفيلوس آنفولانزا

سروگروه b

ريبوز، ريبيتول، فسفات

 

 

نيسريا مننژايتيدس

هومو پليمر ها و هترو پليمر ها، براى مثال،

 

سروگروه A

N- استيل مانوز آمين فسفات تا حدى O- استيله

سروگروه B

N- استيل نورامينيك اسيد (اسيد سياليك)

سروگروه C

اسيد سياليك استيله

سروگروه  135

گالاكتوز، اسيد سياليك

پسودوموناس آئروژينوزا

آلژينات

D- مانورونيك اسيد، L- گلوكورونيك اسيد

 

 

استرپتوكوكوس پنومونيه

(پنوموكوكوس)

پلى‌ ساكاريد مركب از چند جزء (انواع متعدد) براى مثال،

 

نوع II

رامنوز، گلوكز، گلوكورونيك اسيد

نوع III

گلوكز، گلوكورونيك اسيد

نوع VI

گالاكتوز، گلوكز، رامنوز

نوع XIV

گالاكتوز، گلوكز، N- استيل گلوكز آمين

نوع XVIII

رامنوز، گلوكز

استرپتوكوكوس پايوژنز (گروه A)

اسيد هيالورونيك

N- استيل گلوكز آمين، گلوكورونيك اسيد

استرپتوكوكوس ساليواريوس

لِوان

فروكتوز

 

كپسول در تهاجم باكترى ‌هاى بيماري زا دست دارد. سلول ‌هاى كپسول دار از فاگوسيتوز در امان مى ‌مانند، مگر آنكه با آنتى ‌بادى ضد كپسول پوشانده شوند. گليكوكاليكس در چسبندگى باكترى ‌ها به سطوح در محيط آنها، شامل سلول‌ هاى ميزبان‌ هاى گياهى و حيوانى نقش ايفا مى ‌كند. براى نمونه، استرپتوكوكوس موتانس توانایی خود را جهت محكم چسبيدن به ميناى دندان مرهون گليكوكاليكس خود است. سلول‌ هاى باكتريايى از گونه ‌هاى مشابه يا متفاوت، در اين گليكو كاليكس به دام مى ‌افتند، و لايه ‌اى موسوم به پلاك را روى سطح دندان مى ‌سازند؛ محصولات اسيدىِ تراوش شده توسط اين باكترى ‌ها موجبات كرم‌ خوردگى دندان را فراهم مى ‌نمايند (فصل 10 را ببنید). نقش حياتى گليكوكاليكس در اين فرآيند - و تشكيل آن از سوكروز - ارتباط كرم‌ خوردگى دندان را با مصرف سوكروز در جامعه شرح  مـى‌ دهد. از آنجايـى كه لايه ‌هاى پلى‌ ساكـاريدى خـارجى به مقدار قابل توجهى آب پيوند مى ‌يابند، بنابراين، لايه گليكوكاليكس ممكن است همچنين در مقاومت نسبت به خشك ‌شدگى داراى نقش باشد.

 

تاژك

الف) ساختار

تاژك ‌هاى باكتريايى ضمايم رشته مانندِ منحصراً ساخته شده از پروتئين، به طول 30-12 نانومتر هستند. تاژك ‌ها براى باكترى ‌هاى دارنده آن، اندام‌ هاى حركتى به حساب مى ‌آيند. سه نوع آرايش براى تاژك ‌ها شناخته شده است : مونوتريش (يك تاژك قطبى)، لوفوتريش (تاژك ‌هاى قطبى متعدد) و پرى‌ تريش (تاژك ‌هايى كه روى كل سلول توزيع شده ‌اند؛ تاژك‌ هاى پيرامونى). اين سه نوع آرايش در شكل 22-2 مشاهده مى‌ گردد.

    يك تاژك (فلاژل) باكتريايى از چندين هزار مولكول از يك زير واحد پروتئينى به نام فلاژِلين ساخته شده است. در تعداد اندكى از ارگانيسم ‌ها (مانند كائولوباكتر)، تاژك‌ ها از دو نوع فلاژلين ايجاد گرديده ‌اند، اما در اكثر گونه ‌ها تنها يك نوع واحد يافت شده است. تاژك از تجمع زير واحد ها به شكل يك ساختار مارپيچ پديد مى ‌آيد. چنانچه تاژك ‌ها با تكان دادن مكانيكى يك سوسپانسيون حاوى باكترى ‌ها برداشته شوند، تاژك‌ هاى جديد به سرعت با سنتز، تجمع و بيرون ‌زدن زير واحد هاى فلاژلين تشكيل و حركت ظرف 6-3 دقيقه باز مى‌ گردد. ساختمان اوليه فلاژلين احتمالاً از يك گونه ی باكتريايى به گونه ی ديگـر متفاوت است. آن‌ها به شدت آنتى ‌ژنيك ‌اند (آنتى‌ ژن‌ های H)، و تعدادى از پاسخ ‌هاى ايمنى نسبت به عفونت مستقيماً عليه اين پروتئين ‌ها راهبردى مى ‌شوند.

اتصال تاژك به جسم سلولى باكتريايى از طريق ساختارى پيچيده شامل يك قلاب و يك جسم پايه صورت مى گيرد. قلاب يك ساختار كوتاه انحنا دار است كه ظاهراً به عنوان مفصل كلى ميان موتور (بخش توليد كننده حركت) در ساختار پايه و تاژك عمل مى ‌كند. جسم پايه از يك سرى حلقه (يك جفت در باكترى ‌هاى گرم مثبت و دو جفت در باكترى ‌هاى گرم منفى) برخوردار مى ‌باشد. طرح‌ تفسيرى از ساختمان تاژك گرم منفى در شكل   23-2 نشان داده شده است؛ حلقه ‌هاى مشخص شده با حروف L و P در باكترى ‌هاى گرم مثبت وجود ندارند. پيچيدگى تاژك باكتريايى بر اساس مطالعات ژنتيكى آشكار شده است. اين مطالعات نشان مى ‌دهد كه بيش از 40 محصول ژنى در سر هم شدن و عملكرد تاژك درگير هستند.

 

شكل 22-2. تاژك‌ هاى باكتريايى. .A ويبريو مِتچنيكوويئى، يك باكترى مونوتريش (×7500). .B ريزنگار الكترونى اسپيريليوم سِرپِنس، تاژك لوفوتريش را نشان مى ‌دهد (×9000). .C ريزنگار الكترونى پروتئوس وُلگاريس، كه تاژك پرى ‌تريش را نشان مى‌ دهد (×9000). به گرانول هاى پايه توجه نماييد.

شكل 22-2. تاژك‌ هاى باكتريايى. .A ويبريو مِتچنيكوويئى، يك باكترى مونوتريش (×7500). .B ريزنگار الكترونى اسپيريليوم سِرپِنس، تاژك لوفوتريش را نشان مى ‌دهد (×9000). .C ريزنگار الكترونى پروتئوس وُلگاريس، كه تاژك پرى ‌تريش را نشان مى‌ دهد (×9000). به گرانول هاى پايه توجه نماييد.

 

شكل 23-2. .A ساختار كلى تاژك در يك باكترى گرم منفى، نظير اشريشياكولى يا سالمونلا تايفى‌ موريوم. مجموعه ی رشته - قلاب - جسم پايه تفكيك و           به طور مبسوط نشان داده شده است. موقعيت دستگاه صدور اثبات نگرديده است. .B طرح گسترده ‌اى از يك تاژك كه در آن زير ساخت‌ ها و پروتئين ‌هاى سازنده تاژك ديده مى‌ شوند. پروتئين FliF مسئول شكل حلقه M، شكل حلقه S و حالت گردن ‌بندى اين زير ساختار ها است، كه مجموعاً حلقه MS نام دارند. موقعيت پروتئين FliE با توجه به حلقه MS و ميله - و آرايش پروتئين‌هاى FlgB، FlgC، FlgF درون ميله نزديك مبدأ - مشخص نيست.

شكل 23-2. .A ساختار كلى تاژك در يك باكترى گرم منفى، نظير اشريشياكولى يا سالمونلا تايفى‌ موريوم. مجموعه ی رشته - قلاب - جسم پايه تفكيك و به طور مبسوط نشان داده شده است. موقعيت دستگاه صدور اثبات نگرديده است. .B طرح گسترده ‌اى از يك تاژك كه در آن زير ساخت‌ ها و پروتئين ‌هاى سازنده تاژك ديده مى‌ شوند. پروتئين FliF مسئول شكل حلقه M، شكل حلقه S و حالت گردن ‌بندى اين زير ساختار ها است، كه مجموعاً حلقه MS نام دارند. موقعيت پروتئين FliE با توجه به حلقه MS و ميله - و آرايش پروتئين‌هاى FlgB، FlgC، FlgF درون ميله نزديك مبدأ - مشخص نيست.

 

    ساخت تاژك‌ ها به صورت مرحله‌اى است (شكل 23-2 را ببنید). ابتدا، جسم پايه سر هم شده و در پوشش سلولى جاى مى ‌گيرد. آنگاه، قلاب افزوده گشته، و در نهايت رشته با اضافه‌ شدن تدريجى زير واحد هاى فلاژلين به نوك در حال رشد سر هم مى‌ گردد. هنگامی که این زير واحد ها به نوك تاژك برسند، با زير واحد هاى قبلى در آميخته، و بنابراين طويل ‌شدن رشته اتفاق مى ‌افتد.

 

ب) حركت

تاژك‌ هاى باكتريايى پروانه ‌هاى مارپيچى نيمه سختى هستند كه به سلول حركت چرخشى اعطا مى‌ نمايند. انرژى چرخش از جريان پروتون ‌ها به درون سلول در جهت شيب غلظتىِ ايجاد شده توسط پمپ اوليه پروتون (قبل را ببينيد) ناشى مى ‌شود؛ در غياب يك منبع انرژى متابوليكى، انرژى چرخش از نيروى محركه پروتون توليد شده يونوفور ها نشأت مى‌ گيرد. باكترى ‌هايى كه در محيط‌ هاى قليايى بسر مى ‌برند (آلكالوفيل‌ ها)، به جاى شيب پروتون، از شيب يون سديم براى به حركت در آوردن موتور تاژك استفاده مى ‌كنند (شكل 24-2).

    تمام اجزاى موتور تاژك در پوشش سلولى مستقر هستند. تاژك‌ هاى اتصال يافته به پوشش‌ هاى سلولى مجزا هنگامى كه در محيط واجد يك سوبستراى مناسب براى تنفس قرار گيرند، يا زمانى كه يك شيب غلظتى پروتون به طور مصنوعى ايجاد گردد، به طور طبيعى مى‌ چرخند.

    زمانى كه يك باكترى پرى ‌تريش شنا مى‌ كند، تاژك ‌هاى آن به يكديگر پيوسته و يك دسته خلفى را به وجود مى ‌آورند كه سلول را با چرخش در جهت خلاف عقربه‌ هاى ساعت، در يك خط مستقيم به پيش مى ‌راند. در فواصل زمانى، جهت چرخش تاژك ‌ها معكوس شده و يا اينكه به طور لحظه ‌اى از هم جدا مى‌ شوند، كه حركت نابسامان باكترى به دور خود را به دنبال دارد، مگر آنكه شنا كردن در جهت جديدى - كه به طور تصادفى تعيين شده است - از سر گرفته شود. اين رفتار ويژگى شيميو تاكسى (گرايش به مواد شيميايى) را ممكن مى ‌نمايد : سلولى كه از منبع جاذب دور گردد، به حركات نابسامان خود ادامه مى ‌دهد تا آن‌كه در اكثر موارد دوباره حركت خود را به سمت ماده جاذب سامان بخشد. حضور يك جاذب شيميايى (مانند يك قند يا يك اسيد آمينه) توسط گيرنده‌ هاى اختصاصىِ واقع شده در غشاى سلولى درك مى‌ شود (در بسيارى از موارد، همان گيرنده در انتقال آن ملكول از غشا نيز مشاركت مى ‌كند).

    سلول باكتريايى آنچنان كوچك است كه قادر به تشخيص يك شيب شيميايى فضايى (يعنى، شيب ميان دو قطب خود) نيست؛ آزمايشات نشان داده‌ انـد كه باكترى شيب‌ هـاى گذرا، يعنى غلظت‌ هـايى را كه به هنگام دور شدن سلول از منبع جاذب كاهش پيدا كرده و در هنگام حـركت سلول به سمت منبع فوق افزايش مى‌يابد، احساس مى نمايد.

    بعضى از تركيبات به عنوان دفع كننده باكترى ‌ها عمل مى‌ كنند. يكى از ساز و كارهايى كه باكترى ‌ها به كمك آن به مواد جاذب و دافع پاسخ مى‌ گويند، متيلاسيون و دِمتيلاسيون پروتئين‌ هاى اختصاصى در غشا با ميانجيگرى cGMP است. جاذب ‌ها منجر به مهار موقتى دمتيلاسيون اين پروتئين ‌ها مى ‌شوند، در حالى كه دافع ‌ها دمتيلاسيون آن‌ها را تحريك مى‌كنند.

    مكانيسمى كه به واسطه آن يك تغيير در محيط به تغيير در رفتار سلول مى ‌انجامد انتقال حسى (sensory transduction) نام دارد. انتقال حسى نه تنها مسئول شيميو تاكسى (گرايش به مواد شيميايى) است، بلكه همچنين مسئوليت آئروتاكسى (حركت در جهت غلظت بهينه ی اكسيژن)، فتو تاكسى (حركت باكترى ‌هاى فتوسنتزى به سمت نور)، و پذيرنده الكترون تاكسى (حركت باكترى‌ هاى تنفسى در جهت پذيرنده‌ هاى الكترونى جايگزين، نظير نيترات و فومارات) را به عهده دارد. در اين سه پاسخ، به سان شيميوتاكسى، حـركت باكترى با تنظيم حـركات نابسامان سلول تعيين مى ‌گردد.

 

پيلوس (فيمبريه)

بسيارى از باكترى ‌هاى گرم منفى داراى زوائد سطحى سختى با نام پيلوس (به لاتين يعنى مو) يا فيمبريه (به لاتين يعنى ريشه، حاشيه) هستند. اين زوائد از تاژك‌ ها كوتاه ‌تر و ظريف ‌تر بوده، به سان تاژك ‌ها، از زير واحد هاى پروتئينى ساختارى به نام پيلين ساخته شده ‌اند. برخى پيلوس‌ ها داراى يك نوع واحد از پيلين مى‌ باشند؛ سايرين بيش از يك نوع پيلين دارند. پروتئين ‌هاى كوچكى كه اَدهسين (چسبنده) ناميده مى ‌شوند، در نوك   پيلوس‌ ها قرار داشته و مسئول ويژگى ‌هاى اتصالى آن‌ها به حساب مى ‌آيند.

    دو نوع پيلوس مى‌ تواند در باكترى ‌ها تشخيص داده شود : پيلوس معمولى، كه در چسبندگى باكترى ‌هاى همزيست يا بيماري زا به سلول‌ هاى ميزبان نقش ايفا مى ‌كند؛ و پيلوس جنسى، كه مسئول اتصال سلول‌ هاى دهنده و گيرنده در فرآيند كانجوگاسیون باكتريايى است (فصل 7 را ببينيد). شكل 25-2 پيلوس ‌ها را نشان مى ‌دهد. در اين شكل، پيلوس جنسى با ذرات فاژ پوشيده شده است، زيرا اين پيلوس داراى گيرنده‌ هاى اختصاصى فاژ است.

 

شكل 24-2. اجزاى ساختارى درون جسم پايه تاژك اجازه چرخش بخش داخلى اين ساختار، ميله ‌هاى جسم پايه و كمپلكس قلاب - رشته ی متصل شده به آن را مى ‌دهد. حلقه‌ هاى خارجى به طور ساكن در تماس با غشا هاى داخلى و خارجى و ديواره سلول (مورئين) باقى مانده و مجموعه ی تاژك را در پوشش سلولى باكترى لنگر مى ‌نمايند. چرخش از جريان پروتون‌ ها از فضاى پرى ‌پلاسمى و لبه خارجى غشاى سلولى، و گذر از ميان موتور تا رسيدن به درون سيتوپلاسم ناشى مى ‌شود و در پاسخ به ميدان الكتريكى و شيب پروتون در عرض غشا (كه با هم نيروى محركه پروتون را شكل مى ‌دهند)، صورت مى‌گيرد. يك كليد  تعيين كننده ی جهت حركت است. اين كليد معين مى ‌سازد كه باكترى به سمت جلو (در نتيجه ی چرخش تاژك در جهت خلاف عقربه‌ هاى ساعت) به شنا بپردازد، و يا آنكه (در نتيجه ی چرخش تاژك در جهت عقربه ‌هاى ساعت) به طور نابسامان به دور خود بچرخد.

شكل 24-2. اجزاى ساختارى درون جسم پايه تاژك اجازه چرخش بخش داخلى اين ساختار، ميله ‌هاى جسم پايه و كمپلكس قلاب - رشته ی متصل شده به آن را مى ‌دهد. حلقه‌ هاى خارجى به طور ساكن در تماس با غشا هاى داخلى و خارجى و ديواره سلول (مورئين) باقى مانده و مجموعه ی تاژك را در پوشش سلولى باكترى لنگر مى ‌نمايند. چرخش از جريان پروتون‌ ها از فضاى پرى ‌پلاسمى و لبه خارجى غشاى سلولى، و گذر از ميان موتور تا رسيدن به درون سيتوپلاسم ناشى مى ‌شود و در پاسخ به ميدان الكتريكى و شيب پروتون در عرض غشا (كه با هم نيروى محركه پروتون را شكل مى ‌دهند)، صورت مى‌گيرد. يك كليد  تعيين كننده ی جهت حركت است. اين كليد معين مى ‌سازد كه باكترى به سمت جلو (در نتيجه ی چرخش تاژك در جهت خلاف عقربه‌ هاى ساعت) به شنا بپردازد، و يا آنكه (در نتيجه ی چرخش تاژك در جهت عقربه ‌هاى ساعت) به طور نابسامان به دور خود بچرخد.

 

شكل 25-2. پیلوس ها. پیلوس ها بر روی سلول اشریشیاکولی. پیلوس های کوتاه (فیمبریه) چسبندگی را میانجیگری می کنند؛ پیلوس جنسی در انتقال DNA درگیر است.

شكل 25-2. پیلوس ها. پیلوس ها بر روی سلول اشریشیاکولی. پیلوس های کوتاه (فیمبریه) چسبندگی را میانجیگری می کنند؛ پیلوس جنسی در انتقال DNA درگیر است.

 

    حركت از راه پيلوس از حركت تاژكى كاملاً متفاوت است. ملكول ‌هاى پيلين به صورت مارپيچى آرايش مى ‌يابند تا يك استوانه مستقيم را به وجود آورند، كه نمى ‌چرخد و فاقد يك جسم پايه‌اى كامل است. نوك آن‌ها در يك فاصله از سلول به طور محكم به سطوح مى ‌چسبد. سپس، پيلوس از انتهاى درونى دِپليمريزه شده، بنابراين به داخل سلول كشيده مى‌ شود. نتيجه ی اين كار حركت باكترى در جهتى است كه نوك پيلوس‌ چسبيده است. اين نوع حركت سطحى، حركت كششى نام داشته و در ميان باكترى‌ هاى پيلوس ‌دار شايـع است. بر خلاف تاژك ‌هـا، پيلوس‌ هـا از داخل به طرف خارج رشد مى‌ كنند.

    ويرولانس برخى از باكترى ‌هاى بيماري زا نه تنها به توليد توكسين ‌ها وابسته است، بلكه همچنين به حضور «آنتى ‌ژن‌ هاى كلونيزاسيون» - كه معمولاً پيلوس ‌هايى ‌اند كه به سلول ‌ها خصوصيات چسبندگى مى ‌بخشند - بستگى دارد. در سويه ‌هاى انتروپاتوژنيك اشريشياكولى، هم انتروتوكسين ‌ها و هم آنتى ‌ژن‌ هـاى كلونيزاسيون (پيلوس ‌هـا) از لحاظ ژنتيكى توسط پلاسميد هاى قابل انتقال (كه در فصل 7 به بحث گذاشته شده است) به رمز در مى ‌آيند.

    در گروهى از كوكوس ‌هاى گرم مثبت - استرپتوكوكوس‌ ها - فيمبريه جايگاه آنتى ‌ژن سطحى اصلى (پروتئين M) است. اسيد ليپو تيكوئيك، به همراه فيمبريه، مسئول چسبندگى استرپتوكوكوس‌ هاى گروه A به سلول‌ هاى اپيتليال ميزبان مى ‌باشد.

    پيلوس ‌هاى باكترى ‌هاى مختلف از لحاظ آنتى ‌ژنى متمايز بوده و تشكيل آنتى‌ بادى توسط ميزبان را بر مى ‌انگيزند. آنتى ‌بادى ‌هاى ضد پيلوس يك گونه ی باكتريايى از اتصال گونه ی ديگر جلوگيرى نخواهند كرد. تعدادى از باكترى ‌ها (فصل 21 را ببينيد)، مانند نيسريا گونوره‌، قادر به ساخت پيلوس ‌هايى با انواع آنتى ‌ژنى متفاوت (تنوع آنتى‌ ژنى) هستند؛ بنابراين، آن‌ها در حضور آنتى ‌بادى‌هاى توليد شده عليه نوع اصلى پيلوس، همچنان مى‌توانند به سلول‌ ها بچسبند. به سان كپسول ‌ها، پيلوس‌ ها توانايى فاگوسيتوز كنندگى گلبول ‌هاى سفيد را مهار مى ‌نمايند.

 

اندوسپور

اعضاى چند جنس از باكترى‌ ها قادر به ايجاد اندوسپور (اسپور داخلى) هستند (شكل 26-2). دو نوع از شايع‌ترين آن‌ها باسيل ‌هاى گرم مثبت ‌اند : جنس هوازى اجبارى باسيلوس و جنس بى‌ هوازى اجبارى كلستريديوم. ساير باكترى‌ هايى كه در آن‌ها اندوسپور شناخته شده است عبارتند از : تِرمواكتينومايسس، اسپورولاكتوباسيلوس، اسپوروسارسينا، اسپوروتوماكولوم، اسپوروموسا و اسپوروهالوباكتر. اين ارگانيسم ‌ها در پاسخ به شرايط محيطى، متحمل يك چرخه از تمايز مى ‌گردند : ماشه ی اين فرآيند، يعنى اسپورولاسيون (اسپور زايى) زمانى كه نزديك است تمام نوتريئنت‌ ها (كربن، نيتروژن، يا فسفر) به انتها برسند، كشيده مى ‌شود. هر سلول، يك اسپور درونى منفرد را مى سازد كه پس از آنكه سلول مادر اتوليز را از سر گذراند، آزاد مى‌شود. اسپور يك سلول در حال استراحت است كه در برابر خشك ‌شدگى، حرارت و عوامل شيميايى مقاومت بسيار بالايى دارد؛ در پى بازگشت شرايط تغذيه‌اى مطلوب و فعال شدگى سلولِ در حال استراحت (ادامه را ببينيد)، اسپور به منظور ايجاد يك سلول رويشى منفرد جوانه مى ‌زند.

 

شكل 26-2. سلول‌ هاى اسپور زاى گونه ‌های باسيلوس. .A باسيلوس نامعلوم جدا شده از خاك. .B باسيلوس سرئوس. .C باسيلوس مگاتريوم.

شكل 26-2. سلول‌ هاى اسپور زاى گونه ‌های باسيلوس. .A باسيلوس نامعلوم جدا شده از خاك. .B باسيلوس سرئوس. .C باسيلوس مگاتريوم.

 

الف) اسپور زايى

آغاز روند اسپور زايى زمانى است كه شرايط تغذيه‌اى نامساعد گردد؛ نزديك به انتها رسيدن منبع نيتروژن يا كربن (يا هر دو) مهم ‌ترين عامل در شروع اسپورولاسيون مى ‌باشد. در كشت ‌هايى كه در اثر تقليل منابـع، رشد لگاريتمى پايان يـافته است، اسپورولاسيـون به طور وسيعى اتفاق مى ‌افتد.

    اسپورولاسيون مستلزم توليد بسيارى از ساختار ها، آنزيم‌ ها و متابوليت ‌هاى جديد همراه با ناپديد شدن تعداد زيادى از اجزاى سلول رويشى است. اين تغييرات يك روند حقيقى تمايز را بيان مى ‌دارند : مجموعه‌اى از ژن ‌ها كه محصولات آن‌ها تعيين ‌كننده ی شكل و تركيب نهايى اسپور است فعال مى ‌شوند. اين تغييرات نيازمند تغيير در اختصاصيت رونويسى RNA پليمراز است كه به واسطه همراه شدن پروتئين مركزى پليمراز با يك يا چند پروتئين اختصاصى پروموتر، موسوم به فاكتور سيگما، تعيين مى‌ گردد. در جريان رشد رويشى، يك فاكتور سيگما كه σA ناميده مى ‌شود، غالب است. سپس، در طى اسپور زايى، پنج فاكتور سيگماى ديگر شكل مى ‌گيرند كه به بيان ژن ‌هاى مختلف اسپور در زمان‌هاى متفاوت در موقعيت ‌هاى ويژه مى‌ انجامد.

    تسلسل رويداد ها در اسپورولاسيون بسيار پيچيده است : تمايز يك سلول رويشى باسيلوس سوبتيليس به يك اندوسپور، تحت شرايط آزمايشگاهى، در حدود 7 ساعت زمان صرف مى ‌كند. وقايع مورفولوژيكى و شيميايى مختلفى در مراحل پشت سر هم اين فرآيند رخ مى ‌دهد. هفت مرحله متفاوت مورد شناسايى قرار گرفته است.

    از لحاظ مورفولوژى، اسپور زايى با تشكيل يك رشته محورى آغاز مى‌گردد (شكل 27-2). اين فرآيند با در بر گرفتن غشا به صورتى كه يك ساختار غشايى دوتايى به وجود آيد، دنبال مى ‌شود، كه در آن سطوح رو به ‌رو با سطح سنتز كننده ی ديواره سلولىِ پوشش سلول انطباق دارد. نقاط در حال رشد به تدريج به سوى قطب سلول حركت مى‌ كنند، به نحوى كه اسپورِ در حال شكل‌گيرى را احاطه مى‌ نمايند.

    اكنون دو غشاى اسپور در سنتز فعالانه لايه‌ هاى اختصاصى ‌اى كه پوشش سلول را خواهند ساخت، به كار گرفته مى‌ شوند : ديواره اسپور و كورتكس (قشر) در لبه خارجى غشا هاى رو به ‌رو قرار مى ‌گيرند. در سيتوپلاسمِ جدا شده ی جديد، يا مركز، بسيارى از آنزيم‌ هاى سلول رويشى از بين مى ‌روند و مجموعه ‌اى از تشكيلات منحصر به اسپور جانشين آن‌ها مى‌ شود.

 

ب) ویژگی های اندوسپور

1. بخش مركزى - بخش مركزى (core) پروتوپلاست اسپور است. اين ناحيه داراى يك هسته كامل (كروموزوم)، تمام اجزاى دستگاه سنتز پروتئين، و يك سيستم توليد كننده انرژى بر پايه گليكوليز است. حتى در گونه‌ هاى هوازى سيتوكروم وجود ندارد؛ اين اسپور ها به يك مسير كوتاه شده ی انتقال الكترون با درگير نمودن فلاووپروتئين ‌ها تكيه مى ‌كنند. بر تعدادی از آنزيم‌ هاى سلول رويشى (مانند آلانين راسِماز) در مقدار افزوده مى‌ شود، و تعدادى از آنزيم ‌هاى منحصر به فرد (همچون ديپيكولينيك اسيد سنتتاز) شكل مى ‌گيرند. اسپور ها فاقد نوكلئوتيد هاى پيريدينىِ احيا شده يا  ATP  هستند. انرژى لازم براى جوانه زدن، به جاى ATP، در قالب 3- فسفوگليسرات ذخيره مى‌ شود.

    بخشى از مقاومت اسپور ها نسبت به حرارت در نتيجه ی حالت دِهيدراته (بدون آب) آنها و بخشى نيز در نتيجه ی حضور مقادير زياد ديپيكولينات كلسيم (15-5 درصد از وزن خشك اسپور) در مركز اسپور است كه از يك حدواسط مسير بيوسنتز لايزين به وجود مى‌ آيد (شكل 19-6 را ببينيد). اين ويژگى ‌ها، در شيوه‌ هايى كه هنوز درك نشده است، پايدارى آنزيم ‌هاى اسپور (كه اكثر آن‌ها در شكل محلول به حرارت حساس ‌اند) را در پى دارد.

 

2. ديواره اسپور - داخلى ‌ترين لايه كه غشاى داخلى اسپور را احاطه مى ‌كند، ديواره اسپور (spore wall) ناميده مى ‌شود. اين ديواره حاوى پپتيدوگليكان طبيعى است و ديواره سلولىِ سلول رويشى جوانه زده خواهد شد.

 

3. كورتكس - كورتكس (قشر) ضخيم‌ ترين لايه پوشش محسوب مى ‌گردد. اين لايه داراى يك نوع نامعمول از پپتيدوگليكان، با اتصالات عرضى بسيار كمتر نسبت به پپتيدوگليكان ديواره سلولى است. پپتيدوگليكان كورتكس نسبت به ليزوزيم به شدت حساس مـى ‌باشد و اتوليز آن در  جوانه ‌زنى اسپور نقش ايفا مى ‌نمايد.

 

4. پوشش پوشش (coat) از يك پروتئين شبه كراتين، حاوى تعداد زيادى پيوند دى ‌سولفيدىِ بين ملكولى، ساخته شده است. ناتراوايى اين لايه به اسپور مقاومت نسبى در برابر عوامل شيميايى ضد باكتريايى را اعطا مى ‌كند.

 

5. اگزوسپوريوم - اگزوسپوريوم از پروتئين، ليپيد و هيدرات كربن ايجاد مى ‌شود. اين بخش شامل يك لايه پايه ‌اى فرا بلورى و يك ناحيه ی خارجى مو مانند مى ‌باشد. عملكرد اگزوسپوريوم روشن نيست. اسپور در برخى گونه ‌هاى باسيلوس (مانند باسيلوس آنتراسيس و باسيلوس سوبتيليس) داراى اگزوسپوريوم است، در حالى كه ساير گونه ‌ها (مانند باسيلوس آتروفئوس) فاقد اين ساختار هستند.

 

                              شكل 27-2. مراحل تشكيل اندوسپور.                          

شكل 27-2. مراحل تشكيل اندوسپور.

 

پ) جوانه ‌زنى

فرآيند جوانه‌ زدن در سه مرحله رخ مى ‌دهد : فعال سازی، آغاز و رشد اضافى.

1. فعال سازى - اكثر اندوسپور ها نمى ‌توانند بلافاصله پس از تشكيل اسپور جوانه بزنند. اما آن‌ها بعد از چند روز كمون يا در پى فعال‌سازى اوليه، در يك محيط غنى از نظر غذايى، به واسطه يك يا چند عامل آسيب زننده به پوشش اسپور، قادر به جوانه زدن خواهند شد. از جمله عواملى كه توانايى چيرگى بر دوره كمون اسپور را دارند مى‌توان به حرارت، خراشيدگى پوشش اسپور، اسيدى بودن محيط و تركيبات حاوى گروه ‌هاى سولفيدريل آزاد اشاره كرد.

2. آغاز - پس از فعال ‌سازى، چنانچه شرايط محيطى مطلوب باشد، يك اسپور جوانه ‌زنى را آغاز مى ‌نمايد. گونه ‌هاى مختلف گيرنده‌ هايى را تكامل داده ‌اند تا بتوانند اثر گذار هاى متفاوتى كه به عنوان سيگنال‌ هاى حاكى از غنى‌ بودن محيط عمل مى ‌كنند، را بشناسند: بنابراين، ماشه ی مرحله آغاز در يك گونه با L- آلانين و در گونه ی ديگر با آدنوزين كشيده مى ‌شود. اتصال اثر گذار، يك اتوليزين را فعال مى‌ كند كه به تجزيه سريع پپتيدوگليكان كورتكس مى ‌انجامد. آب جذب مى ‌شود، ديپيكولينات كلسيم آزاد مى‌ گردد، و انواعى از تشكيلات اسپور توسط آنزيم ‌هاى هيدروليتيك تخريب مى‌ شوند.

 3. رشد اضافى - تجزيه كورتكس و لايه‌ هاى خارجى به پيدايش يك سلول رويشى جديد متشكل از پروتوپلاست اسپور با ديواره پيرامونى آن منتهى مى‌ گردد. يك دوره از بيوسنتز فعال دنبال مى ‌شود: اين دوره، كه در تقسيم سلول خاتمه مى يابد، رشد اضافى نام دارد. رشد اضافى مستلزم تأمين تمام نوتريئنت‌ هاى ضرورى براى رشد سلولى است.

 

رنگ‌ آميزى

رنگ ‌ها به طور شيميايى با پروتوپلاسم باكتريايى تركيب مى ‌شوند؛ چنانچه سلول قبلاً نمرده باشد، در طى روند رنگ‌ آميزى كشته خواهد شد.

    معمولاً رنگ‌ هاى مورد استفاده نمك ‌اند. رنگ‌ هاى بازى (قليايى) از يك كاتيون رنگى و يك آنيون بى ‌رنگ (براى مثال، متيلن بلو + و كلريد ـ) تشكيل مى ‌گردند؛ رنگ ‌هاى اسيدى برعكس مى ‌باشند (براى مثال، سديم + ائوزينات ـ). سلول ‌هاى باكتريايى غنى از اسيد نوكلئيك ‌اند، از اين ‌رو به خاطر گروه‌ هاى فسفات، بار منفى دارند. آن‌ها با رنگ‌ هاى بازى كه داراى بار مثبت هستند، تركيب مى ‌گردند. رنگ های اسيدى، سلول‌ هاى باكتريايى را رنگ نمى ‌كنند، به همين دليل مى ‌توانند جهت رنگ ‌آميزى پس زمينه به كار روند (رنگ‌آميزى منفى را در ادامه ببينيد).

    رنگ ‌هاى بازى، سلول‌ هاى باكتريايى را به طور يكنواخت رنگ مى‌ نمايند، مگر آنكه در ابتدا RNA سيتوپلاسمى تخريب شود. با اين وجود، مى ‌توان با بهره‌ گيرى از تكنيك‌ هاى اختصاصى رنگ ‌آميزى، تاژك ‌ها، كپسول ها، ديواره‌ هاى سلولى، غشاى ‌هاى سلولى، گرانول ‌ها، نوكلئوئيد ها و اسپور ها را از يكديگر باز شناخت.

 

رنگ ‌آميزى گرم

يكى از شاخص ‌هاى مهم رده ‌بندى باكترى ‌ها، پاسخ آن‌ها نسبت به رنگ ‌آميزى گرم است. به نظر مى‌ رسد پاسخ باكترى به رنگ ‌آميزى گرم يك ويژگى اساسى باشد، چرا كه واكنش گرم با تعداد زيادى از ويژگى ها مورفولوژيك ديگر در اشكال خويشاوند از لحاظ فيلوژنتیک، ارتباط دارد (فصل 3 را ببینید). يك ارگانيسم كه به طور بالقوه گرم مثبت است، ممكن است تنها تحت مجموعه ی خاصى از شرايط محيطى و در يك كشت جوان به اين حالت نمايان گردد.

    فرآيند رنگ‌ آميزى گرم (براى جزئيات آن، فصل 47 را ببينيد) با به كار بردن رنگ بازى كريستال ويوله شروع مى‌ شود. سپس، يك محلول  يُد مورد استفاده قرار مى‌گيرد؛ در اين مرحله، تمام باكترى‌ ها به رنگ آبى در مى ‌آيند. آنگاه، سلول ‌ها با الكل مواجه مى ‌شوند. سلول ‌هاى گرم مثبت، كمپلكس كريستال ويوله - يد را حفظ كرده، آبى رنگ باقى مى‌ مانند؛ سلول ‌هاى گرم منفى در اثر الكل، رنگ را كاملاً از دست مى ‌دهند. در مرحله ی آخر، يك رنگ متضاد (مانند رنگ قرمز سافرانين) استفاده مى ‌شود، بنابراين سلول‌ هاى گرم منفىِ رنگ از دست داده يك رنگ متقابل را كسب مى‌ كنند؛ سلول ‌هاى گرم مثبت اكنون به رنگ ارغوانى نمايان مى‌ گردند (جدول 1-2).

    اساس واكنش افتراقى گرم، ساختمان ديواره سلولى است، كه در ابتداى همين فصل شرح آن گذشت.

 

رنگ ‌آميزى اسيد - فست

باكترى‌هاى اسيد - فَست ارگانيسم ‌هايى ‌اند كه كربول فوشين (فوشين بازىِ حل شده در يك مخلوط فنل - الكل - آب) را حتى پس از رنگ ‌زدايى با اسيد هيدروكلريك در الكل، حفظ مى ‌نمايند. يك اسمير از سلول‌ ها روى لام با كربول فوشين سر ريز، و با بخار آب حرارت داده مى ‌شود. در ادامه، رنگ ‌برى با اسيد - الكل انجام مى ‌گيرد، و در نهايت يك رنگ متضاد (آبى يا سبز) به كار مى‌ رود (فصل 47 را ببينيد). باكترى ‌هاى اسيد - فست (مايكوباكتريوم‌ ها و بعضى از اكتينومايست ‌هاى خويشاوند) به رنگ قرمز ظاهر گشته، در حالى كه سايرين رنگ متضاد را مى ‌پذيرند.

رنگ‌ آميزى منفى

در اين شيوه، پس زمينه با يك رنگ اسيدى رنگ مى‌ شود، و سلول ‌ها بى ‌رنگ باقى مى ‌مانند. عموماً، رنگ سياه نيگروزين مورد استفاده قرار مى‌ گيـرد. اين روش براى رنگ كردن سلول‌ ها يا ساختـار هايى كه رنگ ‌آميزى مستقيم آنها دشوار است، كاربرد دارد (شكل 21-2، B را ببنید).

 

رنگ‌ آميزى تاژك

تاژك ‌ها ظريف ‌تر از آن هستند كه با ميكروسكوپ نورى ديده شوند (قطر آنها 30-12 نانومتر است). با اين حال، حضور و آرايش آنها مى ‌تواند با مواجه ساختن سلول ‌ها با يك سوسپانسيون كلوئيدى ناپايدار از نمك ‌هاى اسيد تانيك (كه رسوبى ضخيم را بر روى ديواره سلولى و تاژك بر جاى مى گذارند) مشاهده گردد. در اين شيوه، قطر ظاهرى تاژك به اندازه ‌اى افزايش پيدا مى‌ كند که رنگ‌ آميزى بعدى با فوشين بازى آن را در زير ميـكروسـكوپ نـورى قابل رؤيت مى‌ سازد. شكل 28-2 سلول‌ هـاى رنگ گرفته با اين شيوه را نشان مى‌دهد.

 

شكل 28-2. رنگ ‌آميزى تاژك در گونه‌ هاى پسودوموناس.

شكل 28-2. رنگ ‌آميزى تاژك در گونه‌ هاى پسودوموناس.

 

    در باكترى ‌هاى پرى‌ تريش، تاژك ‌ها در جريان حركت، شكل دسته يا كلاف به خود مى ‌گيرند، و چنين دسته ‌هايى ممكن است به اندازه كافى ضخامت داشته باشند تا در جریان مشاهده سلول‌ هاى زنده با ميكروسكوپ زمينه تاريك يا اختلاف فاز بتوانند ديده شوند.

 

رنگ‌ آميزى كپسول

حضور كپسول ‌ها معمولاً از طريق فرآيند رنگ ‌آميزى منفى يا شيوه ‌اى تغيير يافته از اين فرآيند اثبات مى‌ گردند (شكل 21-2 را ببینید). يكى از روش‌ هاى رنگ‌ آميزى كپسول (روش وِلچ) مستلزم مواجه كردن سلول با محلول كريستال ويوله داغ و سپس شستشوى آن با محلول سولفات مس است. سولفات مس به منظور برداشت رنگ اضافى استفاده مى‌ شود، زيرا شستشوى مرسوم با آب كپسول را از هم مى ‌پاشد. همچنين، نمك مس پس زمينه را رنگ مى ‌كند، در نتيجه سلول و پس زمينه به رنگ آبى تيره و كپسول به رنگ آبى روشن نمايان مى‌ گردد.

 

رنگ‌ آميزى نوكلئوئيد

نوكلئوئيد با رنگ فولگِن كه براى DNA اختصاصى است، رنگ مى ‌گيرد.

 

رنگ‌ آميزى اسپور

اسپور ها را مى ‌توان به آسانى به صورت اجسام انكسارىِ درون سلولى در سوسپانسيون ‌هـاى سلولىِ رنگ نشده يا به صورت نواحى بدون رنگ در سلول‌ هايى كه با شيوه‌ هاى مرسوم رنگ گرفته ‌اند، مشاهده نمود (شكل 26-2 را ببنید). ديواره اسپور نسبتاً ناتراوا است، اما رنگ ‌ها مى ‌توانند به كمك حرارت به درون آن نفوذ كنند. اين نفوذ ناپذيرى متعاقباً جهت جلوگيرى از رنگ برى اسپور در مدت زمان مواجه گشتن با الكل (كه براى رنگ‌ برى سلول ‌هاى رويشى كافى است) به خدمت گرفته مى ‌شود. در انتها، مى ‌توان سلول رويشى را با يك رنگ متضاد رنگ ‌آميزى كرد. اسپور ها معمولاً با مالاشيت گرين يا كربول فوشين رنگ مى‌ گيرند (شکل 29-2).

 

زير واحد هاى فلاژلين - پمپ اوليه پروتون - باكترى پرى ‌تريش - شيميو تاكسى (گرايش به مواد شيميايى) - متيلاسيون و دِمتيلاسيون پروتئين‌ هاى اختصاصى در غشا - انتقال حسى - sensory transduction - آئروتاكسى - حركت در جهت غلظت بهينه ی اكسيژن - فتو تاكسى - حركت باكترى ‌هاى فتوسنتزى به سمت نور - پذيرنده الكترون تاكسى - حركت باكترى‌ هاى تنفسى در جهت پذيرنده‌ هاى الكترونى جايگزين، نظير نيترات و فومارات - پيلوس (فيمبريه) - پروتئين ‌هاى كوچكى كه اَدهسين (چسبنده) - پيلوس معمولى - يلوس جنسى - حركت سطحى - حركت كششى - آنتى ‌ژن‌ هاى كلونيزاسيون - سويه ‌هاى انتروپاتوژنيك اشريشياكولى - پلاسميد هاى قابل انتقال - اندوسپور - اندوسپور (اسپور داخلى) - تِرمواكتينومايسس - اسپورولاكتوباسيلوس - اسپوروسارسينا - اسپوروتوماكولوم - اسپوروموسا - اسپوروهالوباكتر - اسپورولاسيون - اسپور زايى - سلول رويشى -  اسپورولاسيون - تسلسل رويداد ها در اسپورولاسيون - ویژگی های اندوسپور - پروتوپلاست اسپور - آلانين راسِماز - ديپيكولينيك اسيد سنتتاز - نوكلئوتيد هاى پيريدينىِ - 3- فسفوگليسرات - ديپيكولينات كلسيم - ديواره اسپور- spore wall - كورتكس (قشر) - پوشش (coat) - اگزوسپوريوم - جوانه ‌زنى - فرآيند جوانه‌ زدن - خراشيدگى پوشش اسپور - گروه ‌هاى سولفيدريل آزاد - تجزيه كورتكس - رنگ‌ هاى بازى (قليايى) - متيلن بلو + و كلريد ـ رنگ‌آميزى منفى - رنگ ‌هاى بازى - رنگ ‌آميزى گرم - كمپلكس كريستال ويوله-يد - رنگ‌ آميزى تاژك - رنگ‌ آميزى كپسول - رنگ‌ آميزى نوكلئوئيد - رنگ فولگِن - رنگ‌ آميزى اسپور - مالاشيت گرين - كربول فوشين -  تغييرات مورفولوژیک در طى رشد - تقسيم سلولى - تقسيم دوتايى - binary fission - تيغك (septum) - گروه‌ بندى سلولى -

شکل 29-2. رنگ آمیزی اندوسپور. اندوسپور ها رنگ اولیه ی سبز، مالاشیت گرین، را حفظ می کنند. رنگ آمیزی با رنگ متضاد سافرانین، رنگ قرمز را به سایر سلول ها می دهد.

 

تغييرات مورفولوژیک در طى رشد

تقسيم سلولى

اكثر باكترى‌ ها از راه تقسيم دوتايى (binary fission) به دو سلول مساوى تبديل مى ‌شوند. در يك كشت در حال رشد از يك باكترى ميله‌اى شكل نظير اشريشياكولى، بر طول سلول ‌ها افزوده شده و سپس يك ديوار كه سرانجام سلول را به دو سلول دخترى تفكيك مى‌ كند، ايجاد مى ‌گردد. اين ديوار تيغك (septum) نام دارد و در نتيجه ی رشد رو به داخل غشاى سيتوپلاسمى و ديواره سلولى از جهات مخالف به وجود مى ‌آيد. كروموزوم كه پيش از تقسيم دو برابر شده بود به طور مساوى ميان دو سلول دختر توزيع مى ‌شود.

    با آنكه باكترى‌ ها فاقد دوك ميتوزى هستند، تيغك به طريقى شكل مى ‌گيرد كه دو كروموزوم خواهرى را كه به واسطه همانند سازى پديد آمده ‌اند، از هم تفكيك نمايد. اين عمل با اتصال كروموزوم به غشاى سلولى انجام مى‌ پذيرد. براساس يك مدل، تكميل يك دور از همانند سازى DNA، ماشه ی سنتز غشاى فعال ميان جايگاه ‌هاى اتصال دو كروموزوم خواهرى را مى‌كشد. سپس، در اثر فشار حاصل از رشدِ رو به داخل تيغك، بين كروموزوم ‌ها فاصله مى‌ افتد و يك كپى از كروموزوم به هر سلول دخترى مى ‌رود.

 

گروه‌ بندى سلولى

چنانچه سلول ‌ها به دنبال تقسيم به طور موقت به يكديگر متصل باقى بمانند، گروه‌ هاى مشخصى شكل خواهد گرفت. با توجه به سطح تقسيم و تعداد تقسيماتى كه سلول‌ ها پس از آن به هم متصل باقى خواهند ماند، اشكال زنجيره‌ اى (استرپتوكوكوس‌ ها)، جفت (ديپلوكوكوس ‌ها)، دسته ‌هاى مكعبى (سارسينا) يا صفحات مسطح ممكن است در كوكوس ‌ها ايجاد گردد. باسيل‌ ها ممكن است به شكل جفت يا زنجيره ‌اى ديده شوند.

    بعد از تقسيم در برخى باكترى‌ ها، حركات ويژه ی پس از تقسيم رخ مى ‌دهد. براى مثال، حركت «شلاقى» مى‌تواند به استقرار سلول ‌ها در موقعيت‌ هاى موازى بيانجامد؛ تقسيمات پى در پى و حركت شلاقى به مشخصه ی آرايش «نرده‌ اى» باسيل ‌هاى ديفترى منجر مى ‌گردد.

 

خلاصه فصل

  • میکروسکوپ نقش مهمی در درک ما از ساختار سلول ایفا نموده است.
  • سلول های یوکاریوتی با یک هسته ی محاط شده توسط غشا، یک شبکه اندوپلاسمی، ریبوزوم های S80، و پلاستید ها (میتوکندری ها و کلروپلاست ها) مشخص می گردند. غشای پلاسمایی با حضور استرول ها (کلسترول) مشخص می گردد. سلول های پروکاریوتی فاقد یک هسته حقیقی بوده و هاپلوئید اند. سیتوپلاسم حاوی ریبوزوم های S70 است، و آنها میتوکندری و کلروپلاست ندارند.
  • عملکرد های اصلی غشای سلولی در سلول های پروکاریوتی عبارتند از : (1) تراوایی انتخابی و ترابری مواد محلول؛ (2) انتقال الکترون و فسفریلاسیون اکسیداتیو، در گونه های هوازی؛ (3) ترشح آنزیم های هیدرولیتیک و پروتئین های دیگر؛ (4) در بر داشتن آنزیم ها و ملکول های حامل که در بیوسنتز DNA، پلیمر های دیواره سلولی، و لیپید های غشا عمل می کنند؛ و (5) در بر داشتن گیرنده ها و پروتئین های شیمیو تاکتیک و سایر سیستم های انتقال حسی.
  • اکثر باکتری ها بر اساس پاسخ شان به فرآیند رنگ آمیزی گرم، در قالب گرم مثبت یا گرم منفی رده بندی می شوند. اختلافات میان این دو گروه بازتاب تفاوت ها در پوشش سلولی آنها است.
  • دیواره سلولی گرم مثبت مشتمل بر یک غشای پلاسمایی و یک لایه ضخیم از پپتیدوگلیکان می باشد؛ دیواره سلولی گرم منفی متشکل از یک غشای پلاسمایی، یک لایه نازک از پپتیدوگلیکان، و یک غشای خارجی حاوی لیپو پلی ساکارید (اندوتوکسین) است. فضای بین غشای پلاسمایی و غشای خارجی تحت عنوان فضای پری پلاسمی اشاره می گردد.
  • بسیاری از باکتری ها مقادیر زیادی از یک پلیمر خارج سلولی را سنتز می نمایند. هنگامی که این پلیمر، لایه ای متراکم و به خوبی مشخص را پیرامون سلول شکل دهد که مانع از ورود ذراتی نظیر مرکب چین شود، به آن کپسول می گویند. کپسول ها یک فاکتور ویرولانس مهم به شمار رفته و سلول را از فاگوسیتوز در امان نگه می دارند.
  • ساختار هـای سطحی سلول، از قبیل پیلوس ها و تاژک هـا، به ترتیب در اتصال و تحرک مهم اند.
  • شکل گیری اندوسپور ها مشخصه ای از جنس های باسیلوس و کلستریدیوم است و ماشه ی آن با نزدیک شدن به اتمام نوتریئنت ها در محیط کشیده می شود. اندوسپور ها (اسپور ها) سلول هایی در حال استراحت بوده که در برابر خشکی، حرارت، و عوامل شیمیایی بسیار مقاوم هستند؛ اسپور ها زمانی که به شرایط مطلوب تغذیه ای باز گشته و فعال گردند، برای تولید سلول رویشی جوانه می زنند. 

 

پرسش‌هاى مرورى

1. كلرامفنيكل، آنتى ‌بيوتيكى كه سنتز پروتئين باكتريايى را مهار مى ‌سازد، همچنين بر روى كدام يك از اندامك ‌هاى يوكاريوتى اثر مى‌ گذارد؟

 

الف) ميتوكندرى

ب) دستگاه گلژى

پ) ميكروتوبول

ت) شبكه اندوپلاسمى

ث) غشاى هسته

 

2. كدام يك از ساختار های زير بخشى از پوشش سلول نمى ‌باشد؟

الف) پپتيدوگليكان

ب) ليپو پلى ‌ساكاريد

پ) كپسول

ت) واكوئل گازى

ث) لايه S

 

3. كدام يك از مكانيسم ‌هاى ترابرى زير بدون نياز به انرژى عمل مى ‌كند؟

الف) وابسته به پروتئين اتصالى

ب) جا به ‌جايى گروهى

پ) هم‌ انتقالى

ت) تك ‌انتقالى

ث) انتشار تسهيل شده

 

4. كدام يك از اجزاى زير در باكترى ‌هاى گرم منفى حضور داشته، اما در باكترى ‌هاى گرم مثبت وجود ندارد؟

الف) پپتيدوگليكان

ب) ليپيد A

پ) كپسول

ت) تاژك

ث) پيلوس

 

5. كدام يك از اجزاى زير در باكترى‌ هاى گرم مثبت حضور داشته، اما در باكترى‌ هاى گرم منفى وجود ندارد؟

الف) پپتيدوگليكان

ب) كپسول

پ) تاژك

ت) اسيد تيكوئيك

ث) دى ‌آمينو پايمليك اسيد

 

6. در پاييز سال 2001، يك سرى نامه حاوى اسپور هاى باسيلوس آنتراسيس به اعضاى رسانه‌ ها و مقامات مجلس سناى آمريكا ارسال گرديد، كه 22 مـورد سياه زخم و 5 مورد مرگ را در پى داشت. مقاومت حـرارتى اسپور هاى باكتريايى، از قبيل اسپور هاى باسيلوس آنتراسيس، قسمتى ماحصل حالت دهيدراته و قسمتى به دليل حضور مقادير بالايى از كدام ماده است؟

الف) دى ‌آمينو پايمليك اسيد

ب) دى ‌پيكولينات كلسيم

پ) دى‌ گلوتاميك اسيد

ت) پروتئين‌ هاى حاوى سولفيدريل

ث) ليپيد A

 

7. کدام یک از اصطلاحات زیر کروموزوم باکتریایی را توصیف نمی نماید؟

الف) هاپلوئید

ب) دیپلوئید

پ) حلقوی

ت) نوکلئوئید

ث) فولگِن مثبت

 

8. لیزوزیم ها پیوند β1→4 را بین کدام موارد می شکنند؟

الف) D- آلانین و پل پنتا گلایسین

ب) N- استیل نورامینیک اسید و D- آلانین

پ) لیپید A و KDO

ت) N- استیل نورامینیک اسید و N- استیل گلوکز آمین

ث) D- آلانین و D- آلانین

 

9. گونه های مایکوپلاسما فاقد کدام یک از اجزای زیر هستند؟

الف) ریبوزوم ها

ب) غشای پلاسمایی

پ) هم DNA و هم RNA

ت) لیپید ها

ث) پپتیدوگلیکان

 

پاسخ‌ها

1- الف

2- ت

3- ث

4- ب

5- ت

6- پ

7- ب

8- ت

9- ث

 

برای مطالعه سایر فصل های کتاب میکروب شناسی پزشکی جاوتز (جهاندیده و جهاندیده) بر روی فهرست کتاب کلیک نمائید.   

 


ساختار سلول , روش‌ هاى بصرى , ميكروسكوپ نورى , قدرت تفكيك ميكروسكوپ نورى , light microscope , قدرت تفكيك , resolving power , ميكروسكوپ زمينه روشن , bright, field microscope , عدسى شيئـى (objective lens) , عدسـى چشمـى (ocular lens) , تباين يا تضاد (contrast) , ميكروسكوپ اختلاف فاز , فاز متضاد , phase contrast microscope , ميكروسكوپ زمينه تاريك , dark, field microscope , ميكروسكوپ فلئورسنس , fluorescence microscope , فلئوروكروم ‌ها , فلئوروكروم اورامين O , تكنيك فلئورسنت , آنتى‌بادى (FA) , ايمونوفلئورسنس , DIC , آنتى ‌بادى‌هاى ضد لژيونلا پنوموفيلا , فلئورسئين ايزوتيوسيانات (FITC) , ميكروسكوپ متضاد تداخلى افتراقى , Differential interference contrast microscope , پُلاريزر , SEM , متضاد كننده يا دو قطبى‌كننده , ميكروسكوپ الكترونى , TEM , ميكروسكوپ الكترونى گذاره , transmission electron microscope , ميكروسكوپ الكترونى نگاره , scanning electron microscope , تفنگ الكترونى , عدسى كندانسور , عدسى شيئىِ , بهره‌ گيرى از برش ‌هاى فوق نازك از مواد , روش انجماد خشك نمونه‌ ها , رنگ ‌آميزى منفى , ماده الكترون, چگال , اسيد فسفو تنگستيك , نمك‌ هاى اورانيل , نمك‌ هاى فلزى سنگين , تباين كافى , ميـكروسكوپ ليزرى نگـاره كـانونى , , confocal scanning laser microscope , زاويه كانونى پرتو ليزر , CSLM , رنگ هاى فلئورسنت , تصاوير رنگى كاذب , ميكروسكوپ ‌هاى كاوشگر نگاره , scanning probe microscope , كاوشگر (پروب) , ميكروسكوپ تونلى نگاره , scanning tunneling microscope , ميكروسكوپ نيروى اتمى , atomic force microscope , ساختار سلول يوكاريوتى , هسته (nucleus) , ژنوم سلول , شبكه اندوپلاسمى , غشاى هسته‌اى , تراوايى انتخابى , مارپيچ دوتايى , هستك (nucleolus) , سنتز RNA ريبوزومى , پروتئين ‌هاى ريبوزومىِ , سنتز پروتئين , ساختار هاى سيتوپلاسمى , سيتوپلاسم سلول ‌هاى يوكاريوتى , endoplasmic reticulum , شبكه اندوپلاسمى , واكوئل‌ ها , پلاستيد هاى خود تكثير , اسكلت سلولى تو در تو , ميكروتوبول ‌ها , ER , ميكروفيلامنت ‌ها , فيلامنت‌ هاى حد واسط , غشاى هسته ‌اى , شبكه اندوپلاسمى خشن (rough) , ريبوزوم‌هاى S80 , شبكه اندوپلاسمى خشن صاف (smooth) , گليكوپروتئين ‌ها , دستگاه گلژى , Golgi apparatus , پلاستيد ها , ميتوكندرى ‌ها و كلروپلاست‌ ها , همزيستى درونى , كريستا , آنزيم ‌هاى چرخه اسيد سيتريك , كلروفيل , تيلاكوئيد , پروتئين‌ هاى تشكيلاتى , تريكوموناس واژيناليس , هيدروژنوزوم , چرخه اسيد ترى‌ كربوكسيليك , ليزوزوم‌ ها , پراكسى‌ زوم , اسكلت سلولى , cytoskeleton , ميكـروفيلامنت ‌ها (ريـز رشته‌ ها) , فيلامنت‌ هاى حدواسط (رشته‌ هاى بينابينى) , ميكروتوبول ‌ها (ريز لوله‌ ها) , سيتوكينز , جنبش سيتوپلاسمى , پروتئين توبولين , لايه‌ هاى سطحى , ديواره سلولى (cell wall) , دياتومه‌ ها , اندام‌ هاى حركتى , تاژك (فلاژل) , پارامسیوم , مژه (سيليوم) , سيستم 9+2 , نوكلئوئيد , شبه هسته , پروتئين ‌هاى شبه هيستون , كروماتين يوكاريوتى , ريزنگار هاى الكترونى , غشاى هسته‌اى , دستگاه ميتوزى , پلانكتومايست‌ ها , باكترى ‌هاى آبزى , بورليا بورگدورفرى , استرپتومايسس كوئليكالِر , كروموزوم حلقوی , كروموزوم خطى , ‌هاپلوئيد , ساختار هاى سيتوپلاسمى , پلاستيد هاى خود مختار , آنزيم‌ هاى انتقال الكترون , پيگمان ‌ها , رنگدانه‌ هاى فتوسنتزى باكترى‌ هاى فتوسنتز كننده , كاروتنوئيد ها , باكتريو كلروفيل , وزيكول‌ هاى غشايى , كروماتوفور ها , تيغك ها , كلروزوم , سابقاً جلبك‌هاى سبز , آبى , فيكوبيلين‌ ها , غشا هاى تيلاكوئيدى , گرانول‌ هاى نامحلول , اجسام انكلوژن (احاطه) , اسيد پلى ‌بتا هيدروكسى بوتيريك , PHB , گرانول‌ هاى وُلوتين , گرانول‌ هاى متاكروماتيك , , باكترى ‌هاى اتوتروف , اجسام پلى ‌هدرال , كربوكسى ‌زوم‌ ها , آنزيم كليدى تثبيت CO2 , ريبولوز بيس‌ فسفات كربوكسيلاز , مگنتوزوم ‌ها , ذرات كريستالىِ درون سلولىِ ماگنتت معدنى آهن , Fe3O4 , مگنتوتاكسى , گرايش مغناطيسى , مهاجرت يا جهت ‌گيرى با توجه به ميدان مغناطيسى زمين , وزيكول ‌هاى گازى , تشكيلات سيتوپلاسمى , پروتئين‌ هاى اكتين و غيراكتين اسكلت سلولى , هومولوگ‌ هاى اكتين , MreB و Mbl , تعيين شكل سلول , تفكيك كروموزوم‌ ها , معلوم نمودن مكان پروتئين‌ ها در سلول , FtsZ , هومولوگ ‌هاى غيراكتينى , SecY , تفكيك كروموزوم ‌ها , MinD , پوشش سلول , , اسمولاريته ی بالا , مواد شيميايى خشن , غشاى سلولى آركى‌ ها , ايزوپرنوئيد , پيوند استرى , گليسرول , دی گلیسرول تترا اتر , تراوايى انتخابى , ترابرى مواد محلول , انتقال الكترون , فسفريلاسيون اكسيداتيو , تراوش آنزيم‌ هاى هيدروليتيك , شيميو تاكسى , سيستم‌ هاى انتقال حسى , تراوايى و ترابرى , سد ناتراواى آبگريز , مولكول‌ هاى آب‌ دوست , transport systems , مواد غذايى (نوتريئنت‌ ها) , شيب غلظتى , انتقال غيرفعال , passive transport , انتقال فعال , active transport , جابه‌جايى گروهى , group translocation , انتشار ساده , simple diffusion , انتشار تسهيل شده , facilitated diffusion , پروتئين‌هاى كانال , انتقال جفت شده با يون , ion, coupled transport , انتقال كاسِت متصل ‌شونده به ATP , انتقال ABC [ATP binding cassette (ABC) transport] , شيب يونىِ , نيروى محركه پروتون , نيروى محركه سديم , تك ‌انتقالى (uniport) , هم انتقالى (symport) , پاد انتقالى (antiport) , شيب H+ , انتقال ABC , فضاى پرى ‌پلاسميك , پروتئين‌ هاى اتصالى , سطح خارجى غشاى سلولى , هيدروليز ATP , منفذ غشا , جابه‌جايى گروهى , فرآيند هاى انتقالى ويژه , ترانسفرين , لاكتوفرين , SecA , , ترشح سيدروفور ها , مشتقات اسيد هيدروكساميك , SecB , انتقال الكترون , SecF , فسفريلاسيون اكسيداتيو outer membrane , سيتوكروم ‌ها , اجزاى زنجيره تنفسى , دهيدروژناز ها , اگزوآنزيم‌ هاى هيدروليتيك , SecY , پروتئين ‌هاى بيماري زايى , غشاى OM , گرم مثبت و گرم منفى , فضاى پرى‌پلاسمى , SecD , لايه پپتيدوگليكان , غشاى خارجى , غشاى IM , سيستم ‌های ترشحى نوع I، نوع II، نوع III، نوع IV، نوع V و نوع VI , غشاى داخلى , inner membrane , غشاى خارجى , چپرون يا مشايع , پرى پروتئين , سيگنال پپتيداز , IgA پروتئاز , نيسريا گونوره‌ , سايتوتوكسين حفره‌ ساز , هليكوباكتر پايلورى , پردازش پايانه ی آمينو , ميانجيگر سيتوپلاسمى , آلفا هموليزين اشريشياكولى , آدنيليل سيكلاز بوردتلا پرتوسيس , پايانه كربوكسيل پروتئين , سيستم وابسته به تماس contact, dependent , سموم پلى ‌پپتيدى , كمپلكس ‌هاى پروتئين , پروتئين‌هاى دم باكتريوفاژ , سيستم ‌هاى شيميوتاكسى , گرايش به مواد شيميايى , فشار اسمزى درونى , مورئين , موكوپپتيد , پپتيدوگليكان , رنگ ‌آميزى افتراقى , كريستال ويوله , رنگ سافرانين , ليپو پلى‌ ساكاريد , زنجيره ‌هاى جانبى تترا پپتيدى , D, گلوتامات , دى ‌آمينو پايمليك اسيد , اجزاى ويژه ديواره سلولى گرم مثبت , LTA , اسيد تيكوئيك , اسيد تيكورونيك , گليسروفسفات , ريبيتول فسفات , WTA , اسيد تيكوئيك ديواره , wall teichoic acid , اسيد تيكوئيك غشا , membrane teichoic acid , يا اسيد ليپو تيكوئيك , lipoteichoic acids , ماتريكس پلى‌ آنيونى , خاصيت الكترواستاتيك پوشش , هيدروليز ديواره ‌هاى گرم مثبت , OmpA , اجزاى ويژه ديواره سلولى گرم منفى , Tsx , ليپو پلى ‌ساكاريد (LPS) , , LamB , باكتريوفاژ لامبدا , مالتو دكسترين ‌ , گيرنده باكتريوفاژ T6 , پروتئين , TonB , ليپيد A , واحد هاى دى‌ ساكاريد گلوكز آمين فسفريله , اسيد هاى چرب زنجيره بلند , اسيد بتا هيدروكسى ميريستيك , اسيد چرب 14 كربنه , كتو داكسى اكتانوئيك اسيد (KDO) , هپتوز , آنتى‌ژن O , كاتيون‌ هاى دو ظرفيتى , لیپو پلی ساکارید (LPS) , اندوتوكسين (سم داخلى) , اختصاصيت آنتى ‌ژنى, نيسريا مننژايتيديس , نيسريا گونوره , هموفيلوس آنفولانزا , هموفيلوس دوكرِئى , ليپو اليگو ساكاريد (LOS) , اپى‌توپ ‌ها (شاخصه ‌هاى آنتى ‌ژنى) , باقيمانده N, استيل لاكتوز آمين انتهايى (Galβ, 1→4, GlcNAc) , پيش‌ساز آنتى‌ژن i گلبول قرمز ا , سياليل ترانسفراز , CMP, NANA , سيستيدين منوفسفو, N, استيل نورامينيك اسيد , MDO , اليگو ساكـاريد هاى مشتق شده از غشـا , membrane, derived oligosaccharides , ديواره سلولی اسيد , فست , باسيل سل , مايكوباكتريوم توبركلوزيس , اسيد مايكوليك , اسيد , فست (مقاوم به اسيد) , ديواره سلولى آركى‌ ها , پسودومورئين , مورئين كاذب , لايه‌ هاى سطحى بلورين , گليكو پروتئين (لايه S) , بِدلوويبريو باكتريووُروس , باكترى شكارچى , پيوند β1→4 , داربست پپتيدوگليكان , آنزيم ليزوزيم , اتيلن دى‌ آمين تترا استيك اسيد (EDTA) , اتوليزين (خود ليز كننده) , تجزيه سلول‌ هاى مرده (اتوليز) , سلول ‌هاى فاگوسيتى حيوانات عالى , رشد ديواره سلولى , اشريشياكولى و باسيلوس سوبتيليس , پروتوپلاست ‌ها , اسفروپلاست‌ ها , اشكال L , بقاياى پپتيدوگليكان , مايكوپلاسما ها , باكترى ‌هاى فاقد ديواره سلولى بوده , كپسول و گليكوكاليكس , كپسول ‌هاى پلى , D, گلوتاميك اسيد باسيلوس آنتراسيس , باسيلوس ليكنى فورميس , كپسول , اسلايم لاير (لايه لزج) , گليكوكاليكس , دِكستران‌ هاى زنجيره بلند (پلى , D, گلوكز) , لِوان ‌هاى زنجيره بلند (پلى D, فروكتوز) , هترو پليمر , زير واحد هاى فلاژلين , پمپ اوليه پروتون , باكترى پرى ‌تريش , شيميو تاكسى (گرايش به مواد شيميايى) , متيلاسيون و دِمتيلاسيون پروتئين‌ هاى اختصاصى در غشا , انتقال حسى , sensory transduction , آئروتاكسى , حركت در جهت غلظت بهينه ی اكسيژن , فتو تاكسى , حركت باكترى ‌هاى فتوسنتزى به سمت نور , پذيرنده الكترون تاكسى , حركت باكترى‌ هاى تنفسى در جهت پذيرنده‌ هاى الكترونى جايگزين، نظير نيترات و فومارات , پيلوس (فيمبريه) , پروتئين ‌هاى كوچكى كه اَدهسين (چسبنده) , پيلوس معمولى , يلوس جنسى , حركت سطحى , حركت كششى , آنتى ‌ژن‌ هاى كلونيزاسيون , سويه ‌هاى انتروپاتوژنيك اشريشياكولى , پلاسميد هاى قابل انتقال , اندوسپور , اندوسپور (اسپور داخلى) , تِرمواكتينومايسس , اسپورولاكتوباسيلوس , اسپوروسارسينا , اسپوروتوماكولوم , اسپوروموسا , اسپوروهالوباكتر , اسپورولاسيون , اسپور زايى , سلول رويشى , اسپورولاسيون , تسلسل رويداد ها در اسپورولاسيون , ویژگی های اندوسپور , پروتوپلاست اسپور , آلانين راسِماز , ديپيكولينيك اسيد سنتتاز , نوكلئوتيد هاى پيريدينىِ , 3, فسفوگليسرات , ديپيكولينات كلسيم , ديواره اسپور, spore wall , كورتكس (قشر) , پوشش (coat) , اگزوسپوريوم , جوانه ‌زنى , فرآيند جوانه‌ زدن , خراشيدگى پوشش اسپور , گروه ‌هاى سولفيدريل آزاد , تجزيه كورتكس , رنگ‌ هاى بازى (قليايى) , متيلن بلو + و كلريد ـ رنگ‌آميزى منفى , رنگ ‌هاى بازى , رنگ ‌آميزى گرم , كمپلكس كريستال ويوله, يد , رنگ‌ آميزى تاژك , رنگ‌ آميزى كپسول , رنگ‌ آميزى نوكلئوئيد , رنگ فولگِن , رنگ‌ آميزى اسپور , مالاشيت گرين , كربول فوشين , تغييرات مورفولوژیک در طى رشد , تقسيم سلولى , تقسيم دوتايى , binary fission , تيغك (septum) , گروه‌ بندى سلولى ,

نام و نام خانوادگی:
متن:
تصویر:
تاریخ ثبت : دوشنبه 22 تير 1394 ساعت 02 : 4
همه هست آرزویم که ببینم از تو رویی.. چه زیان تو را که من هم برسم به آرزویی.. برای مطالعه دل نوشته ها و ارسال دل نوشته های جدید لطفا به ادامه مطلب بروید.
ادامه مطلب
دل نوشته ها و نامه ها به امام مهدی (عج)

نظرات و پیشنهادات

عضویت در سایت

پشتیبانی آنلاین

نام و نام خانوادگی:
پست الکترونیک:
متن:

نام کاربری:
کلمه عبور:
کلمه عبور را بخاطر بسپار
کلمه عبور خود را فراموش کرده ام
عضویت در سایت

نام و نام خانوادگی:
پست الکترونیک:
شماره موبایل:
گفتگو با:


کتاب دانلود : دانلود کتاب های علمی و دانشگاهی روز دنیا. هرگونه کپی برداری از محتوا، قالب، و طرح های به کار رفته در این سایت شرعا و قانونا ممنوع می باشد، و پیگرد قانونی دارد.