Пептидогликан - Peptidoglycan

Пептидогликан или муреин - это полимер, состоящий из сахаров и аминокислот, который образует сетчатый слой за пределами плазматической мембраны большинства бактерий , формируя клеточную стенку . Сахарный компонент состоит из чередующихся остатков β- (1,4) связанного N- ацетилглюкозамина (NAG) и N- ацетилмурамовой кислоты (NAM). К N- ацетилмурамовой кислоте присоединена пептидная цепь из трех-пяти аминокислот. Пептидная цепь может быть поперечно связана с пептидной цепью другой цепи, образующей трехмерный сеткообразный слой. Пептидогликане служат структурную роль в бактериальной клеточной стенке, что дает структурную прочность, а также противодействуя осмотическое давление в цитоплазме . Пептидогликан также участвует в бинарном делении во время размножения бактериальных клеток.

Слой пептидогликана значительно толще у грамположительных бактерий (от 20 до 80 нанометров), чем у грамотрицательных бактерий (от 7 до 8 нанометров). В зависимости от условий роста рНа, пептидогликана форма около 40 до 90% от клеточной стенки «ы сухого веса грамположительных бактерий , но только около 10% от Гр-отрицательных штаммов. Таким образом, наличие высоких уровней пептидогликана является основным фактором, определяющим характеристику бактерий как грамположительных. У грамположительных штаммов это важно для целей прикрепления и серотипирования . Как для грамположительных, так и для грамотрицательных бактерий частицы размером примерно 2 нм могут проходить через пептидогликан.

Структура

Пептидогликан.

Пептидогликана слой в клеточной стенке бактерий является кристаллической решеткой структуры , образованная из линейных цепочек из двух чередующихся аминокислот сахаров , а именно N -acetylglucosamine (GlcNAc или NAGA) и N -acetylmuramic кислота (MurNAc или НАМ). Чередующиеся сахара связаны β- (1,4) - гликозидной связью . Каждый MurNAc присоединен к короткой (4-5 остатков) аминокислотной цепи, содержащей L- аланин , D- глутаминовую кислоту , мезо- диаминопимелиновую кислоту и D- аланин в случае Escherichia coli (грамотрицательные бактерии). ) или L- аланин , D- глутамин , L- лизин и D- аланин с 5- глициновым промежуточным звеном между тетрапептидами в случае Staphylococcus aureus (грамположительные бактерии). Пептидогликан - один из важнейших источников D-аминокислот в природе.

Сшивка между аминокислотами в различных линейных аминосахарных цепях происходит с помощью фермента DD-транспептидазы и приводит к трехмерной структуре, которая является прочной и жесткой. Конкретная аминокислотная последовательность и молекулярная структура меняются в зависимости от вида бактерий .

Биосинтез

Мономеры пептидогликана синтезируются в цитозоле, а затем присоединяются к мембранному носителю - бактопренолу . Бактопренол переносит мономеры пептидогликана через клеточную мембрану, где они вставляются в существующий пептидогликан.

На первом этапе синтеза пептидогликана глутамин , который является аминокислотой, отдает аминогруппу сахару, фруктозо-6-фосфату . Это превращает фруктозо-6-фосфат в глюкозамин-6-фосфат . На втором этапе ацетильная группа переносится от ацетил-КоА к аминогруппе глюкозамин-6-фосфата с образованием N- ацетилглюкозамин-6-фосфата . На третьем этапе процесса синтеза N- ацетилглюкозамин-6-фосфат изомеризуется, что превращает N- ацетил-глюкозамин-6-фосфат в N- ацетил-глюкозамин-1-фосфат .

На этапе 4 N- ацетил-глюкозамин-1-фосфат, который теперь является монофосфатом, атакует UTP . Уридинтрифосфат, который является пиримидиновым нуклеотидом , обладает способностью действовать как источник энергии. В этой конкретной реакции после того, как монофосфат атакует UTP, выделяется неорганический пирофосфат и заменяется монофосфатом, образуя UDP-N-ацетилглюкозамин (2,4). (Когда UDP используется в качестве источника энергии, он выделяет неорганический фосфат.) Эта начальная стадия используется для создания предшественника NAG в пептидогликане.

На этапе 5 часть UDP-N-ацетилглюкозамина (UDP-GlcNAc) превращается в UDP-MurNAc (UDP-N-ацетилмурамовая кислота) путем добавления лактильной группы к глюкозамину. Также в этой реакции гидроксильная группа C3 удаляет фосфат из альфа-углерода фосфоенолпирувата . Это создает так называемое производное енола, которое будет восстановлено до «лактильного фрагмента» под действием НАДФН на шестой стадии.

На этапе 7 UDP-MurNAc превращается в пентапептид UDP-MurNAc путем добавления пяти аминокислот, обычно включая дипептид D- аланил- D- аланин . Каждая из этих реакций требует источника энергии АТФ. Все это называется этапом один.

Вторая стадия происходит в цитоплазматической мембране. Именно в мембране липидный носитель, называемый бактопренолом, переносит предшественники пептидогликана через клеточную мембрану. Бактопренол будет атаковать пента UDP-MurNAc, создавая пенту PP-MurNac, которая теперь является липидом. Затем UDP-GlcNAc транспортируется в MurNAc, создавая липид-PP-MurNAc пента-GlcNAc, дисахарид, также являющийся предшественником пептидогликана. Как эта молекула транспортируется через мембрану, до сих пор не понятно. Однако, как только он там оказывается, он добавляется к растущей цепи гликана. Следующая реакция известна как трангликозилирование. В реакции гидроксильная группа GlcNAc будет присоединяться к MurNAc в гликане, что вытесняет липид-PP из гликановой цепи. За это отвечает фермент трансгликозилаза.

Торможение

Некоторые антибактериальные препараты, такие как пенициллин, препятствуют выработке пептидогликана за счет связывания с бактериальными ферментами, известными как связывающие пенициллин белки или DD-транспептидазы . Пенициллин-связывающие белки образуют связи между поперечными связями олигопептидов в пептидогликане. Чтобы бактериальная клетка могла воспроизводиться посредством бинарного деления , более миллиона субъединиц пептидогликана (NAM-NAG + олигопептид) должны быть присоединены к существующим субъединицам. Мутации в генах, кодирующих транспептидазы, которые приводят к снижению взаимодействий с антибиотиком, являются значительным источником возникающей устойчивости к антибиотикам . Мурамицины представляют собой подкласс нуклеозидных антибиотиков, которые действуют как конкурентные ингибиторы природного субстрата UDP-MurNAc-пентапептида (UM5A) фосфо-N-ацетилмурамоил-пентапептид транслоказы (MraY).

Лизоцим , который содержится в слезах и составляет часть врожденной иммунной системы организма, проявляет свой антибактериальный эффект, разрывая β- (1,4) -гликозидные связи в пептидогликане (см. Выше).

Сходство с псевдопептидогликаном

Некоторые археи имеют аналогичный слой псевдопептидогликана (также известного как псевдомуреин), в котором остатки сахара представляют собой β- (1,3) связанные N- ацетилглюкозамин и N- ацетилталозаминуроновую кислоту . Это делает клеточные стенки таких архей нечувствительными к лизоциму .

использованная литература

внешние ссылки