Der Zellwandaufbau grampositiver und gramnegativer Bakterien

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1 Lebensmittelmikrobiologisches Großpraktikum Der Zellwandaufbau grampositiver und gramnegativer Bakterien Referentin: Katja König Datum: Lehrstuhl: Lebensmittelmikrobiologie, Prof. Dr. H. Schmidt Betreuerin: Frau Dr. G. Wolf

2 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

3 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

4 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)

5 2.2. Die Zellwand grampositiver Bakterien (I) Nach Gram-Färbung blau gefärbt Mureingerüst umgibt als Zellwand-Hauptkomponente die Zelle zu % an Zellwand-Trockenmasse beteiligt ca 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

6 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)

7 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

8 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

9 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 (1) O-spez. Seitenkette 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)

10 3. Zusammenfassung Merkmal Grampositiv Gramnegativ Gram-Färbung violett/purpur rot Peptidoglycan- Schicht dick (25-50 nm) dünn (ca. 2 nm) vielschichtig einschichtig Teichonsäure vorhanden nicht vorhanden Periplasmatischer Raum fehlt praktisch (Spalt) vorhanden Äußere Membran fehlt vorhanden Toxinproduktion hpts. Exotoxine hpts. Endotoxine Physikalische Resistenz hoch niedrig Lysozym-Resistenz niedrig hoch Listeria, Staphylococcus, Bacillus, Clostridien Klebsiella, Salmonella, Citrobacter, Vibrio