Struktur peptidoglikan (murein)
Dasar kekuatan setiap bakteri adalah peptidoglikan (sinonim — murein, mukopeptid). Zat ini membentuk jaring berserat kaku di sekitar membran sitoplasma.
Struktur molekul ini terdiri dari dua bagian utama:
- Kerangka glikan. Merupakan rantai paralel dari disakarida berulang: N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat yang unik. Keduanya dihubungkan oleh ikatan glikosidik. Ikatan inilah yang dapat dihancurkan oleh enzim asetilmuramidase (lisozim).
- Ikatan silang peptida. Ekor samping — tetrapeptida (rantai empat asam amino) — melekat pada molekul asam N-asetilmuramat. Detail penting: isomer asam amino L- dan D- bergantian dalam ekor ini.
Urutan khas tetrapeptida (menggunakan contoh E. coli Gram-negatif) terlihat seperti ini: L-alanin, asam D-glutamat, asam meso-diaminopimelat (mDAP), dan D-alanin. Rantai yang berdekatan saling terhubung membentuk kerangka monolitik.
Bakteri Gram-positif (Gr+)
Membran mikroorganisme Gram-positif (misalnya genus Staphylococcus) berukuran besar dan melekat erat pada membran. Ketika diwarnai dengan metode yang diusulkan oleh H. Gram pada tahun 1884, mereka berubah menjadi biru-ungu.
Fitur utama:
- Peptidoglikan berlapis banyak. Ini menyumbang 40-90% dari berat kering dinding. Komponen minor — protein, lipid, dan polisakarida — hadir dalam jumlah kecil.
- Ikatan silang yang kompleks. Tetrapeptida tidak terhubung secara langsung, melainkan melalui jembatan interpeptida polipeptida (misalnya, jembatan pentaglisin dari 5 residu glisin), membuat strukturnya sangat kuat.
- Perbedaan asam amino. Alih-alih asam meso-diaminopimelat, lisin sering ditemukan dalam tetrapeptida.
- Asam teikoat. Membran ini ditembus oleh polimer gliserol fosfat dan ribitol fosfat. Asam teikoat terikat secara kovalen pada murein, sementara lipoteikoat dijangkar secara hidrofobik langsung ke membran. Mereka menciptakan muatan negatif yang kuat, membantu pembelahan sel, mengatur autolisis, dan memastikan adhesi ke jaringan inang.
Bakteri Gram-negatif (Gr-)
Mikroorganisme ini (misalnya Escherichia coli E. coli) diwarnai merah dengan metode Gram. Sistem pertahanan mereka lebih kompleks, meskipun lapisan peptidoglikannya jauh lebih tipis.
Fitur utama:
- Kerangka tipis. Peptidoglikan terletak di ruang periplasma (periplasma).
- Ikatan silang langsung. D-alanin dari satu rantai glikan terikat langsung ke asam meso-diaminopimelat dari rantai yang berdekatan tanpa jembatan peptida tambahan.
- Membran luar. Ini adalah pelindung terpenting yang terletak di atas dinding dan terhubung dengannya melalui lipoprotein. Di dalamnya terdapat porin (saluran untuk transportasi) dan lipopolisakarida (LPS).
- Struktur LPS. Lipopolisakarida mencakup rantai spesifik-O (antigen O), inti (core), dan Lipid A.
Keterbatasan metode Gram dan visualisasi
Terlepas dari penggunaan metode Gram yang luas, warna pewarnaan tidak selalu secara ketat sesuai dengan jenis struktur yang sebenarnya. Ada pengecualian: misalnya, bakteri dari genus Mobiluncus dan beberapa spesies pembentuk spora memiliki struktur Gram-positif yang khas, tetapi diwarnai sebagai Gram-negatif.
Inilah sebabnya mengapa untuk taksonomi mikroorganisme, komposisi kimia dan organisasi molekuler dinding sel adalah kriteria yang jauh lebih andal daripada hasil pewarnaan laboratorium.
Gambaran sebenarnya dapat dilihat menggunakan mikroskop elektron. Pada irisan ultra-tipis, perbedaan ketebalan dinding sel antara bakteri Gr+ dan Gr- divisualisasikan dengan jelas, dan nukleoid (materi genetik) dapat dilihat di tengah sitoplasma.
Singkatnya: jawaban atas pertanyaan topik
Apa fungsi membran luar pada bakteri Gram-negatif?
- Fungsi penghalang (barriere) — pembatasan penetrasi senyawa berat molekul tinggi dan obat-obatan karena membran luar dengan pori-pori berdiameter kecil.
- Fungsi transportasi (transport) — pengangkutan zat melalui saluran porin (porin).
- Koneksi struktural (structura) — hubungan membran luar dengan peptidoglikan melalui lipoprotein.
- Toksisitas (toxicitas) — keberadaan lipopolisakarida (LPS), yang meliputi endotoksin lipid A, rantai spesifik-O, dan inti.
Kelompok antibiotik apa yang menghambat sintesis peptidoglikan?
- Antibiotik beta-laktam.
- Glikopeptida.
- Sikloserin.
- Basitrasin.
- Turunan asam fosfonat.
Apa sifat biologis dari lipid A yang merupakan bagian dari LPS?
- Toksisitas (toxicitas) — lipid A adalah endotoksin yang menyebabkan toksisitas lipopolisakarida.
- Pelepasan (liberatio) — toksisitas dimanifestasikan ketika sel bakteri dihancurkan di bawah pengaruh antibiotik dan LPS dilepaskan ke lingkungan.
- Signifikansi patogenetik (pathogenesis) — sebagian besar manifestasi aktivitas biologis bakteri Gram-negatif dikaitkan dengan lipid A.
Apa itu protoplas, sferoplas, dan bentuk-L bakteri?
- Protoplas (protoplasti) — bakteri yang sepenuhnya kehilangan dinding selnya, biasanya berbentuk bulat, muncul dari mikroorganisme Gram-positif.
- Sferoplas (spheroplasti) — bakteri dengan dinding sel yang sebagian diawetkan, terbentuk dari spesies Gram-negatif.
- Bentuk-L (formae L) — bakteri tipe sferoplas atau protoplas yang telah kehilangan kemampuan untuk mensintesis peptidoglikan, tetapi mempertahankan kemampuan untuk bereproduksi di bawah pengaruh antibiotik atau mutasi.
Bakteri apa yang secara alami tidak memiliki dinding sel?
- Mikoplasma (Mycoplasma) — bakteri dari kelas Mollicutes (filum Tenericutes), ditandai dengan tidak adanya dinding sel dan adanya membran sitoplasma dengan sterol.
- Resistensi alami (resistentia) — tidak adanya dinding menyebabkan resistensi mutlak mikoplasma terhadap obat yang bekerja pada sintesis dinding sel (penisilin, sefalosporin).
Pada bakteri Gram(+), dinding selnya tebal (banyak peptidoglikan) dan sederhana (tanpa membran luar). Pada bakteri Gram(-), dinding selnya tipis, tetapi memiliki lipopolisakarida (LPS) beracun di dalam membran luarnya.
Soal-soal dari kelas dan ujian
Apa keunikan komposisi kimia dinding sel bakteri?
Komposisinya mencakup komponen yang tidak dimiliki manusia dan hewan: asam N-asetilmuramat, isomer asam amino D- (misalnya, D-alanin), dan asam meso-diaminopimelat.
Mengapa enzim sintesis peptidoglikan menjadi target antibiotik?
Karena manusia tidak memiliki komponen biokemikal dinding sel bakteri, obat-obatan yang menghambat sintesisnya tidak menunjukkan toksisitas terhadap sel inang.
Bagaimana cara kerja lisozim terhadap dinding sel?
Lisozim (asetilmuramidase) menghancurkan ikatan glikosidik antara gula dalam kerangka glikan peptidoglikan, merampas kerangka kaku sel.
Apa perbedaan ikatan silang tetrapeptida pada bakteri Gram-positif dan Gram-negatif?
Pada bakteri Gram-negatif, rantainya dihubungkan oleh ikatan peptida langsung. Pada bakteri Gram-positif, rantainya dihubungkan melalui jembatan interpeptida (misalnya pentaglisin), yang menciptakan struktur spasial yang lebih kompleks.
Topik lain untuk dipelajari
- Mekanisme adhesi bakteri ke sel inang dengan partisipasi asam teikoat
- Biosintesis peptidoglikan sebagai target obat antibakteri
- Peran lipopolisakarida (LPS) dan Lipid A dalam proses infeksi
- Kanal porin pada membran luar dan perannya dalam transpor zat
Pelajari topik ini secara lengkap dalam kursus "Mikrobiologi"
Di sini adalah ringkasan. Di dalam kursus — semua yang ditanyakan saat kelas dan ujian.
- Panduan metodologis lengkap tentang topik "Dinding sel bakteri" dan 4.383 halaman materi pelajaran lainnya
- Tugas dan kuis setelah setiap topik — seperti pada kolokium
- AI-tutor akan menjawab pertanyaan topik kapan saja
- 141 video pembelajaran untuk mata kuliah ini
Topik lain di bagian «Morfologi dan klasifikasi mikroba»
Video pembelajaran gratis: mikrobiologiPelajaran singkat dengan ringkasan — tanpa registrasi.
Materi disiapkan oleh staf pengajar WhiteCoat Pro sesuai dengan kurikulum pendidikan kedokteran. Bersifat edukatif.