Пептидогликан

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Пептидогликан, исто така познат како муреин или мукополисахарид, е хетерополимер кој се состои од шеќери и аминокиселини кои формираат мрежест слој врз клеточната мембрана кај повеќето бактерии, градејќи го бактерискиот клеточен ѕид. Шеќерната компонента се состои од наизменично β-(1,4) поврзани N-ацетил-глукозамин и N-ацетил-мураминска киселина. За N-ацетил-мураминската киселина се поврзува пептиден ланец од три до пет аминокиселини. Пептидниот ланец од една верига може накрсно да се поврзе со пептидниот ланец од друга верига, градејќи така тродимензионална мрежеста структура.[1] Пептидогликанот има структурна улога во бактерискиот клеточен ѕид, кој и дава на клетката сила со која таа се спротивставува на големиот осмотски притисок на цитоплазмата. Честа заблуда е дека пептидогликанот и ја дава на клетката нејзината форма; иако тој помага во одржувањето на структурната сила на клетката, MreB протеинот е тој кој игра најважна улога во формата на бактериската клетка.[2][3][4] Пептидогликанот исто така е вклучен во бинарната фисија за време на репродукција на бактериските клетки.

Слојот од пептидогликан е значително подебел кај Грам-позитивните бактерии (20 до 80 нанометри), во однос на Грам-негативните бактерии (7 до 8 нанометри). Пептидогликанот формира околу 90% од сувата маса на Грам-позитивните бактерии, а само околу 10% од таа на Грам-негативните бактерии. Затоа, присуството на голема количина пептидогликан е основната детерминанта во карактеризацијата на бактериите како Грам-позитивни.[5] Кај Грам-позитивните бактерии, тој е важен за прицврстување на бактеријата и за серотипизација.[6] И кај Грам-позитивните и кај Грам-негативните бактерии, низ пептидогликанскиот слој можат да поминат честички со големина од околу 2 нанометри.[7]

Структура[уреди | уреди извор]

Врзување меѓу N-ацетил-глукозамин и N-ацетил-мураминска киселина во пептидогликан.

Пептидогликанскиот слој во бактерискиот клеточен ѕид е кристална структура формирана од линеарни низи на две наизменично поврзани амино-шеќери, имено N-ацетил-глукозамин и N-ацетил-мураминска киселина. Овие амино-шеќери наизменично се поврзани со β-(1,4)-гликозидни врски. За секоја N-ацетил-мураминска киселина поврзани се кратки пептиди од 4-5 аминокиселински остатоци. Овие аминокиселини можат да бидат L-аланин, D-глутаминска киселина, meso-диаминопимелинска киселина и D-аланин кај Escherichia coli (Грам-негативна бактерија) или L-аланинD-глутамин, L-лизин, и D-аланин со глицински меѓумост помеѓу тетрапептидите кај Staphylococcus aureus (Грам-позитивна бактерија). Пептидогликанот е еден од најважните извори на D-аминокиселини во природата.

Накрсното поврзување меѓу аминокиселините од различните линеарни шеќерни ланци го изведува ензимот DD-транспептидаза. Специфичната аминокиселинска секвенца и севкупната молекуларна структура на пептидогликанот варира од еден до друг бактериски вид.[8]

Биосинтеза[уреди | уреди извор]

Мономерите се синтетизираат во цитозолот, а потоа се прикачуваат за мембрански носач наречен бактопренол. Бактопренолот ги транспортира мономерите низ клеточната мембрана каде што тие се вметнуваат во постоечкиот пептидогликан.[9]

Во првиот чекор на биосинтезата, аминокиселината глутамин донира една амино група на фруктоза 6-фосфат со што се формира глукозамин-6-фосфат. Во вториот чекор, една ацетилна група се трансферира од ацетил коензим-А на глукозамин-6-фосфат создавајќи N-ацетил-глукозамин-6-фосфат. Во третиот чекор, N-ацетил-глукозамин-6-фосфатот се изомеризира во N-ацетил-глукозамин-1-фосфат.

Во четвртиот чекор, N-ацетил-глукозамин-1-фосфат реагира со UTP при што се добива UDP-N-ацетил-глукозамин.

Во петтиот чекор, некои UDP-N-ацетил-глукозамин единици се претвораат во UDP-N-ацетил-мураминска киселина со додавање на лактат на глукозаминот. Исто така, во оваа реакција, C3 хидроксилната група отстранува фосфат од алфа јаглеродот на фосфоенолпируват. Ова создава таканеречен енолен дериват кој потоа се редуцира во лактат од страна на NADPH во шестиот чекор.

Во тек на седмиот чекор, UDP-N-ацетил-мураминска киселина се конвертира во UDP-N-ацетил-мураминска киселина пентапептид со додавање на пет аминокиселини, обично вклучувајќи го дипептидот D-аланил-D-аланин. Во секоја од овие реакции неопходен е ATP како извор на енергија. Сите овие чекори се дел од првата фаза на биосинтезата.

Втората фаза се одвива во клеточната мембрана. Овде липиден носач наречен бактопренол ги транспортира мономерните прекурсори низ клеточната мембрана. Бактопренолот реагира со UDP-N-ацетил-мураминска киселина пентапептид, создавајќи PP-N-ацетил-мураминска киселина пентапептид. UDP-N-ацетил-глукозамин потоа се транспортира до N-ацетил-мураминска киселина, создавајќи липид-PP-N-ацетил-мураминска киселина-пентапептид-N-ацетил-глукозамин, дисахарид кој е прекурсор на пептидогликанот. Како оваа молекула се транспортира преку мембраната се уште не е доволно проучено. Сепак, откако ја поминува мембраната се додава на растечкиот гликански полимер. Следната реакција е позната како трансгликолизација. Во оваа реакција, хидроксилната група на N-ацетил-глукозамин се поврзува со N-ацетил-мураминската киселина во гликанот при што се ослободува липид-PP од гликанската верига. Ензимот одговорен за оваа реакција е трансгликолаза.[10]

Инхибиција[уреди | уреди извор]

Некои антибактериски лекови како што е пеницилинот интерферираат со биосинтезата на пептидогликанот на тој начин што се врзуваат за бактериските ензими познати како пеницилин-врзувачки протеини или DD-транспептидази. Пеницилин-врзувачките протеини ги формираат врските помеѓу олигопептидите во пептидогликанот. За една бактериска клетка да се репродуцира преку бинарна фисија, повеќе од милион пептидогликански подединици мора да се додадат на постоечките подединици.[11] Мутации во гените кои кодираат за транспептидази што доведува до намалена интеракција со молекулата на антибиотикот е причина за стекнување на резистентност на бактеријата кон антибиотикот.[12]

Лизозимот, ензим кој се наоѓа во солзите и е дел од вродениот имун систем кај човекот, ги раскинува β-(1,4)-гликозидните врски на пептидогликанот. На оваа реакција се должи неговото антибактериско дејство.

Сличност со псевдопептидогликанот[уреди | уреди извор]

Некои археи поседуваат слој од псевдопептидогликан (познат и како псевдомуреин), во кој шеќерните остатоци се β-(1,3) поврзани N-ацетил-глукозамин и N-ацетил-талозаминуронска киселина. Ова ги прави клеточните ѕидови на археите неосетливи кон лизозимот.[13]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. Animation of Synthesis of Peptidoglycan Layer
  2. Popp D, Narita A, Maeda K, Fujisawa T, Ghoshdastider U, Iwasa M, Maéda Y, Robinson RC. Filament structure, organization, and dynamics in MreB sheets. „The Journal of Biological Chemistry“ том  285 (21): 15858–65. doi:10.1074/jbc.M109.095901. PMID 20223832. 
  3. Prokaryotic origin of the actin cytoskeleton.. „Nature“ том  413 (6851): 39–44. doi:10.1038/35092500. PMID 11544518. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/eutils/elink.fcgi?dbfrom=pubmed&tool=sumsearch.org/cite&retmode=ref&cmd=prlinks&id=11544518. 
  4. Bacterial actin MreB assembles in complex with cell shape protein RodZ.. „EMBO J“ том  29 (6): 1081–90. doi:10.1038/emboj.2010.9. PMID 20168300. 
  5. C.Michael Hogan. 2010. Bacteria. Encyclopedia of Earth. eds. Sidney Draggan and C.J.Cleveland, National Council for Science and the Environment, Washington DC
  6. Baron S, уред (1996). Structure. In: Baron's Medical Microbiology (4th издание). Univ of Texas Medical Branch. ISBN 0-9631172-1-1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mmed.section.289#297. 
  7. The permeability of the wall fabric of Escherichia coli and Bacillus subtilis. „Journal of Bacteriology“ том  178 (3): 768–73. 1 февруари 1996 г. PMID 8550511. PMC: 177723. http://jb.asm.org/cgi/reprint/178/3/768. 
  8. Sherris Medical Microbiology (4th издание). McGraw Hill. 2004. ISBN 0-8385-8529-9. 
  9. „II. THE PROKARYOTIC CELL: BACTERIA“. http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit1/prostruct/cw.html. посет. 1 мај 2011 г. 
  10. White, D. (2007). The physiology and biochemistry of prokaryotes (3rd издание). NY: Oxford University Press Inc.. 
  11. Bauman R (2007). 2nd. уред. Microbiology with Diseases by Taxonomy. Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-7679-8. 
  12. Spratt BG (април 1994 г). Resistance to antibiotics mediated by target alterations. „Science“ (New York) том  264 (5157): 388–93. doi:10.1126/science.8153626. PMID 8153626. http://www.sciencemag.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8153626. 
  13. Madigan, M. T., J. M. Martinko, P. V. Dunlap, and D. P. Clark. Brock biology of microorganisms. 12th ed. San Francisco, CA: Pearson/Benjamin Cummings, 2009.