Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с гликопептидом , протеогликаном или гликопротеином .

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 сетчатый слой. [1]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). [2] 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. [3] У грамположительных штаммов это важно для ролей прикрепления и серотипирования . [4]Как для грамположительных, так и для грамотрицательных бактерий частицы размером примерно 2 нм могут проходить через пептидогликан. [5]

Структура [ править ]

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.(грамотрицательная бактерия) или L- аланин , D- глутамин , L- лизин и D- аланин с 5- глициновым промежуточным звеном между тетрапептидами в случае Staphylococcus aureus (грамположительная бактерия). 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 . [6]

  • Строение пептидогликана. NAG = N- ацетилглюкозамин (также называемый GlcNAc или NAGA), NAM = N- ацетилмурамовая кислота (также называемая MurNAc или NAMA).

  • Грамположительная клеточная стенка

  • Связывающий пенициллин белок, образующий поперечные связи во вновь образованной клеточной стенке бактерий.

Биосинтез [ править ]

Мономеры пептидогликана синтезируются в цитозоле и затем присоединяются к мембранному носителю - бактопренолу . Бактопренол переносит мономеры пептидогликана через клеточную мембрану, где они вставляются в существующий пептидогликан. [7]

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 . [8] На третьем этапе процесса синтеза N- ацетил-глюкозамин-6-фосфат изомеризуется, что превращает N- ацетил-глюкозамин-6-фосфат в N- ацетил-глюкозамин-1-фосфат . [8]

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. [8]

На этапе 7 UDP-MurNAc превращается в пентапептид UDP-MurNAc путем добавления пяти аминокислот, обычно включая дипептид D- аланил- D- аланин . [8] Каждая из этих реакций требует источника энергии АТФ. [8] 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 UDP-MurNAc penta, создавая PP-MurNac penta, которая теперь является липидом. Затем UDP-GlcNAc транспортируется в MurNAc, создавая Lipid-PP-MurNAc пента-GlcNAc, дисахарид, также являющийся предшественником пептидогликана. [8] Как эта молекула транспортируется через мембрану, до сих пор не понятно. Однако, как только он там оказывается, он добавляется к растущей цепи гликана. [8] Следующая реакция известна как трангликозилирование. В ходе реакции гидроксильная группа GlcNAc будет присоединяться к MurNAc в гликане, что вытесняет липид-PP из гликановой цепи. За это отвечает фермент трансгликозилаза. [8]

Запрещение [ править ]

Некоторые антибактериальные препараты, такие как пенициллин, препятствуют выработке пептидогликана за счет связывания с бактериальными ферментами, известными как связывающие пенициллин белки или DD-транспептидазы . [4] 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. [9] Мутации в генах, кодирующих транспептидазы, которые приводят к уменьшению взаимодействия с антибиотиком, являются важным источником возникающей устойчивости к антибиотикам . [10]Мурамицины представляют собой подкласс нуклеозидных антибиотиков, которые действуют как конкурентные ингибиторы природного субстрата UDP-MurNAc-пентапептида (UM5A) фосфо-N-ацетилмурамоил-пентапептида транслоказы (MraY). [11]

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 [ править ]

Некоторые археи имеют аналогичный слой псевдопептидогликана (также известного как псевдомуреин), в котором сахарные остатки представляют собой β- (1,3) связанные N- ацетилглюкозамин и N- ацетилталозаминуроновую кислоту . Это делает клеточные стенки таких архей нечувствительными к лизоциму . [12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Анимация синтеза слоя пептидогликана
  2. ^ Перселл A (18 марта 2016 г.). «Бактерии» . Основы биологии.
  3. ^ C.Michael Хоган. 2010. Бактерии . Энциклопедия Земли. ред. Сидни Драгган и С.Дж. Кливленд, Национальный совет по науке и окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия
  4. ^ a b Salton MR, Ким KS (1996). «Структура» . В Baron S et al. (ред.). Структура. В: Медицинская микробиология Барона (4-е изд.). Univ Техасского медицинского отделения. ISBN 978-0-9631172-1-2.
  5. ^ Demchick PH, Koch AL (1 февраля 1996). «Проницаемость стеночной ткани для кишечной палочки и Bacillus subtilis» . Журнал бактериологии . 178 (3): 768–73. DOI : 10.1128 / jb.178.3.768-773.1996 . PMC 177723 . PMID 8550511 .  
  6. ^ Райан KJ, Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN 978-0-8385-8529-0.
  7. ^ «II. ПРОКАРИОТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА: БАКТЕРИИ» . Архивировано из оригинального 26 июля 2010 года . Проверено 1 мая 2011 года .
  8. ^ Б с д е е г ч белый, D. (2007). Физиология и биохимия прокариот (3-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press Inc.
  9. Перейти ↑ Bauman R (2007). 2-е (изд.). Микробиология с болезнями по таксономии . Бенджамин Каммингс. ISBN 978-0-8053-7679-1.
  10. ^ Спратт BG (апрель 1994). «Устойчивость к антибиотикам, опосредованная целевыми изменениями» . Наука . 264 (5157): 388–93. DOI : 10.1126 / science.8153626 . PMID 8153626 . S2CID 30578841 .  
  11. ^ Saeid Малек - заде (2 сентября 2020). «Теоретическое исследование межмолекулярных взаимодействий между критическими остатками мембранного белка MraYAA и перспективным антибиотиком мурамицином D2» . САУ Омега . 5 (36): 22739–22749. DOI : 10.1021 / acsomega.0c01551 . PMID 32954121 . S2CID 221782183 .  
  12. Перейти ↑ Madigan, MT, JM Martinko, PV Dunlap, and DP Clark. Брок-биология микроорганизмов. 12-е изд. Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон / Бенджамин Каммингс, 2009.

Внешние ссылки [ править ]

  • Схематическое изображение структур пептидогликана.
  • Структура MurNAc 6-фосфатгидролазы (MurQ) из Haemophilus influenzae со связанным ингибитором.