Der Zellwandaufbau grampositiver und gramnegativer Bakterien
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Universität Hohenheim Lebensmittelmikrobiologisches Großpraktikum Der Zellwandaufbau grampositiver und gramnegativer Bakterien Referentin: Katja König Datum: 29.04.2005 Lehrstuhl: Lebensmittelmikrobiologie, Prof. Dr. H. Schmidt Betreuerin: Frau Dr. G. Wolf Universität Hohenheim 1. Allgemeines • Eubakterien besitzen zwei strukturell verschiedene Zellwandaufbau-Prinzipien • Differenzierung mittels Färbeverfahren nach GRAM (1884) nach Zellwandarchitektur in grampositive und gramnegative Bakterien → taxonomisches Merkmal → Bakterielle Zellwand ist dünn und elastisch → Verleiht Zelle die nötige Festigkeit → bei grampositiven hält sie einem Druck von 30 bar stand, bei gramnegativen einem von 7 bar ⇒ Diese Rigidität beider Zellwandtypen beruht auf einem gemeinsamen Makromolekül, dem Peptidoglycan (PG) bzw. Murein Universität Hohenheim 2. Bakterielle Zellwand 2.1. Aufbau des Peptidoglycans (I) • Umgibt als Stützskelett die Zelle • Aus vielen Zuckerpolymeren aufgebaut, die durch Oligopeptide quervernetzt sind - Kohlenhydratanteil aus alternierenden N-Acetylglucosaminen und dem Milchsäureether des N-Acetylglucosamins, der N-Acetylmuraminsäure - β-1,4-glycosidisch verknüpft → als gerade, unverzweigte Kette Rückgrad des Mureins Universität Hohenheim 2.1. Aufbau des Peptidoglycans (II) • An die Muraminsäure sind folgende Tetrapeptide gekoppelt: L-Alanin, D-Glutaminsäure, m-Diaminopimelinsäure, L-Lysin, D-Alanin • Verknüpfung über Transpeptidase-Reaktionen – direkt zur anderen Tetrapeptidkette – über Pentaglycin-Brückenpeptide (hpts. Grampositive) Universität Hohenheim 2.2. Die Zellwand grampositiver Bakterien (I) • Nach Gram-Färbung blau gefärbt • Mureingerüst umgibt als Zellwand-Hauptkomponente die Zelle – zu 30-70 % an Zellwand-Trockenmasse beteiligt – ca. 20-24 nm dick (40 Schichten) – zwischen PG und der Plasmamembran befindet sich der enge periplasmatische Raum • Anstelle m-Diaminopimelinsäure häufig LL-Diaminopimelinsäure oder Lysin • Beteiligte Aminosäuren variieren von Spezies zu Spezies → artenspezifischer Aufbau gutes taxonomisches Merkmal • Charakteristisch für die grampositive Zellwand: – Vorhandensein der Teichonsäure, die in großen Mengen in der dicken Mureinschicht verankert ist Universität Hohenheim 2.2. Die Zellwand grampositiver Bakterien (II) - Teichonsäure Teichonsäure/ Lipoteichonsäure Peptidoglycan Periplasmatischer Raum Cytoplasmamembran Teichonsäure Cytoplasma • Teichonsäure als lineares Polymer aus Glycerol- und Ribitolphosphat-Einheiten • Ragen kettenartig nach außen (8-50 Moleküle) • Ist das Glycerolphosphat mit einem Glycolipid der Plasmamembran verestert → Lipoteichonsäure (Polyglycerolphosphat-Ketten) Universität Hohenheim 2.3. Die Zellwand gramnegativer Bakterien (I) • Nach Gram-Färbung violett gefärbt • Mureingerüst ist in das periplasmatische Gel eingebettet – nur zu 10 % an Zellwand-Trockenmasse beteiligt – ca. 2 nm mit einer Schicht sehr dünnschichtig • Durchweg m-Diaminopimelinsäure, kein Lysin und Teichonsäure • Aufbau des Mureinsacks bei allen gramnegativen Bakterien gleich → keine artenspezifische Unterschiede • Charakteristisch für die gramnegative Zellwand: – Vorhandensein der äußeren Membran, welche das periplasmatische Gel peripher begrenzt – Lipopolysaccharide (LPS), die die asymmetrisch aufgebaute Wandschicht im äußeren Bereich enthält Universität Hohenheim 2.3. Die Zellwand gramnegativer Bakterien (II) Lipopolysaccharide (1) äußere Membran (2) Murein-Lipoprotein Peptidoglycan Periplasmatisches Gel Cytoplasmamembran Cytoplasma • • Mit Mureinschicht sind Lipoproteine verbunden, vermutlich über m-Dap Säuren weisen mit lipophilen Ende nach außen → in lipophilen Doppelschicht verankert • Diese enthält Phospholipide und die hydrophoben Enden der LPS Universität Hohenheim 2.3. Die Zellwand gramnegativer Bakterien (III) - LPS • Lipid A: Glucosamindisaccharid, dessen OH-Gruppen mit Fettsäuren verestert sind • Innere Kernregion: steht mit Lipid A in Verbindung und enthält Keto-desoxyoctonsäure (KDO) sowie Heptosen äußere Kernregion: 5 Hexosen • O-spezifische Seitenkette: besteht aus bis zu 25 sich wiederholenden Einheiten von 3-5 Zuckerbausteinen und ragen nach außen O-spez. Seitenkette (1) Äußere Kernregion Innere Kernregion ⇒ Diese Seitenkette von Keim zu Keim verschieden → für die serologische Typisierung und Identifizierung eines Stammes wichtige Antigene (O-Antigene), Endotoxin (2) Universität Hohenheim 3. Zusammenfassung Merkmal Gram-Färbung PeptidoglycanSchicht Grampositiv Gramnegativ violett/purpur rot dick (25-50 nm) dünn (ca. 2 nm) vielschichtig einschichtig Teichonsäure Periplasmatischer Raum vorhanden nicht vorhanden fehlt praktisch (Spalt) vorhanden Äußere Membran fehlt vorhanden hpts. Exotoxine hpts. Endotoxine hoch niedrig niedrig hoch Toxinproduktion Physikalische Resistenz Lysozym-Resistenz Listeria, Staphylococcus, Bacillus, Clostridien Klebsiella, Salmonella, Citrobacter, Vibrio
