4. Клетъчна стена 2 Flashcards
Как се сглобява пептидогликановия мономер
в цитоплазмата?
Синтеза на N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмураминова киселина
1) Протича присъединяване на пептида към СООН- група на млечната киселина от N- ацетилмураминовата киселина;
2) Последва присъединяване на N-ацетилглюкозамина към образувания N- ацетилмурамил-пентапептид
Извод: Пептидогликановият мономер съдържа:
N-ацетилглюкозамин - N-ацетилмураминова киселина свързана с пентапептид
Как се формира омрежването на целия хетерополимер - пептидогликана?
Два типа на свързване на два срещуположни пептида:
тип А
тип Б
Тип А омрежване на пептидогликана
чрез директна пептидна връзка между пептидите от два срещуположни мономера
-Aминогрупа (NH2-) от аминокиселина в позиция 3 от единия пептид (ацил акцептор) и
-Карбоксилната (СООН-) група на D-аланина в позиция 4 от другия пептид (ацил донор)
- пептидите са съединени чрез аминогрупата на мезо-диамино-пимелинова киселина -ДАП (3 позиция) и карбоксилната група на D-аланина от другия пептид (4 позиция)
Тип Б омрежване на пептидогликана
чрез вмъкване на интерпептиден мост от 1 до 6 АК между два съседни пептида:
- аминогрупа от D-глутамина в позиция 2 или L-лизина в позиция 3 на единия пептид (ацил акцептор)
- аминокиселинен посредник (орнитин или глицинови мостчета)
- СООН- група на D- аланина в позиция 4 (ацил донор).
Омрежване на пептидогликана при E. coli
- директно свързване с напречни пептидни връзки
- ПриE. coli, пептидната сшивка е от тип А - образува се между meso-диаминопимелиновата киселина (ДАП) в позиция 3 на едната верига и D-аланина в позиция 4 от другата верига. Омрежването е слабо! Характерно е за повечето Грам-отрицателни бактерии.
В края на процеса последната - 5 D-Ала киселина се отрязва и се образува тетрапептид. Целият процес на омрежване протича от външната страна на цитоплазматичната мембрана
Коя сшивка е характерна за повечето грам положителни бактерии
Сшивка тип Б
Пептидогликан при Staphylococcus aureus
– свързване чрез междупептиден мост на пептидогликановите вериги
Staphylococcus aureus : пентапептидът идващ от NAM е съставен от L-аланин, D-глутамин, L-лизин и два D-аланина.
Пептидната сшивка се осъществява по тип Б посредством олигопептиден мост от 5 остатъка (глицинови) между L-лизин (3-та АК) и D-аланина (4 та АК).
В края на процеса последния D-аланин се отцепва и образува тетрапептид в пептидогликана. Омрежването е много интензивно и плътно!
Нови данни за типа кръстосаните връзки при Грам-положителните бактерии
Образуване на връзка между аминокиселини в позиция 3-3
ФУНКЦИИ НА ПЕПТИДОГЛИКАНА като част от клетъчната стена
◄Мрежовидна ригидна структура:
- определя формата на микробната клетка
- придава стабилност на клетъчната стена,
- предпазва клетката от разрушаване от високото вътреклетъчно налягане (2-25 атм.)
◄ Влияе на повърхностния заряд на клетката
Съдържа отрицателни и положителни групи
◄Мишена за различни ензими и антибактериални вещества
Антибиотици и химиотерапевтици
ФУНКЦИИ НА ПЕПТИДОГЛИКАНА (МУРЕИН):
-Адювантна и имуномодулаторна активност
предизвиква образуване на антитела (особено при ставни заболявания).
Например:
Муреинът от микобактериите има
- пирогенна (повишава температурата),
- сомногенна (индуцира съня) активност
- прави организма чувствителен към ниски дози ендотоксин.
-Пептидогликанът на стрептококите от група А
причиняват автоимунни артрити и хронични чревни заболявания.
Според мястото на протичане на биосинтеза на пептидогликана:
три клетъчни локуса:
- Цитоплазма,
- цитоплазмена мембрана
- съществуваща клетъчна стена
4 етапа
I етап, синтезни, протичат в цитоплазмата
II етап, транспортни, протичат в цитоплазмената мембрана
III и IV – етап, трансгликозилазни и транспептидазни, протичащи в съществуващата клетъчна стена в точката на растеж
Етап 1 от биосинтеза на пептидогликана
Синтеза на хидрофилни предшественици
Процесите, протичащи в цитоплазмата, могат да бъдат разделени на четири основни реакции
Образуване на УДФ–N-ацетилглюкозамин
Образуване на УДФ–N-ацетилмураминова киселина от N-ацетилглюкозамин
Сглобяване на пептидния мост. Синтеза на D-глутаминова киселина и дипептид D-аланин-D-аланин.
Образуване на УДФ–N-ацетилмурамил пентапептид
Как протича синтез на предшественици?
- N-ацетилмураминовата киселина (UDP-NAG) се получава от N-ацетилгликозамина
- Процесите протичат с участие на АТФ и УТФ
Формиране на крайния втори предшественик: УДФ–N-ацетилмурамил–пентапептид
1) Синтеза на два пептида: дипептид: D-аланин-D-аланин и трипептид: L-аланин - D-глутаминова киселина - L-лизин
2) Свързаване в пентапептид
3) Взаимодействие на пентапептида с карбоксилната група на млечната киселина от N-ацетилмураминовата киселина
Етап 2 от биосинтеза на пептидогликана
протичат в цитоплазмена мембрана
- Свързване на УДФ-ацетил-мурамил- пентапептида с бактопренола и освобождаване на УМФ
- Промяна на химичния характери на транспортираното съединение от хидрофилен на липофилен
- Присъединяване на втория предщественик УДФ–N-ацетилглюкозамин за формиране на пептидогликановия мономер
- Присъединяване на нов пентапептид от глицинови остатъци към лизиновия остатък на УДФ-ацетил-мурамил- пентапептида с участието на глицин т-РНК (уникален като извънрибозомна белтъчна синтеза) – при Грам-положителните бактерии
- Получаване на дизахарид-декапептидно производно на липидния С55-преносител
Посредник в етап 2 от биосинтеза на пептидогликан
бактопренол (фосфолириран липиден преносител разположен в цитоплазмената мембрана (липид 1 и липид 2)
Етап 2: Процеси протичащи в цитоплазмената мембрана
- Свързване – образуване на комплекс от пептидогликановия мономер с липидния преносител (бактопренол)
- Транспорт - пренасяне през мембраната на комплекса към съществуващата клетъчна стена
- Насочване - на комплекса към „точката“ на растеж
- Освобождаване - на новата мономерна единица от липидния преносител
- Възстановяване на преносителя - връщане на бактопренола в стартова позиция в цитоплазмената мембрана за нов пренос
Етап 3 от биосинтеза на пептидогликан
Процеси в съществуващата клетъчна стена – същност: включване на синтезираните мономери в захарния скелет от мрежата на пептидогликана
Трансгликозилиране – присъединяване на гликановата част на новия пептидогликанов мономер към съществуващата захарна верига от пептидогликана;
Как се реализира трансгликозилиране?
- Разграждане на гликозидните връзки в гликановата верига в точката на растеж – чрез автолизини.
- Вмъкване на комплекса в точката на растеж.
- Формиране на нови гликозидни връзки между захарите на новите и старите мономери –
Ензими при трансгликозилиране
трансгликозидази
Етап 4 от биосинтез на пептидогликан
Процеси протичащи в съществуващата клетъчна стена
Транспептидиране – омрежване между линейните пептидни вериги на два срещуположни пептидогликанови мономера.
◄ Разкъсване на пептидна връзка в пептидната част: протича между двата крайни D-аланинови остатъка, в резултат остават тетрапептиди към всеки пептидогликанов мономер
- освобождава се енергия за транспептидирането
◄ Свързване на пептидните вериги: чрез пептидна връзка
- под действието на транспептидази (бифункционални ензими), като гликопептид-транспептидаза, без участие на АТФ
- пептидна връзка по тип А или тип В
Морфогенезата на муреиновия сак
Процес на узряване –
новосинтезираният пептидогликан претърпява допълнителни промени
- нараства броя на напречните пептидни връзки
- увеличава се съдържанието на ковалентно свързан липопротеин – (компонент на външната мембрана при Грам-отрицателните бактерии)
Подходи за включване на новосинтезираните мономери в зависимост от морфологията на бактериите - ПРЪЧКОВИДНИ
B. subtilis или E. coli - два начина:
А) тип 1 – включване на мономера в различни точки на съществуващата клетъчна стена по спираловиден път (фиг. А), протича удължаване на клетъчната стена
Б) тип 2 – вмъкване в затворен пръстен около бъдещия сайт на делене и образуване на делителна преграда (фиг. B).
Подходи за включване на новосинтезираните мономери в зависимост от морфологията на бактериите - СФЕРИЧНИ КЛЕТКИ
Наблюдават се тип 1 и тип 2 при S. рneumoniae
А) вмъкване на новите мономери в т.нар екваториален пръстен и удължаване на клетъчната стена (фиг. А). След удвояване на пръстена и разделяне се маркира мястото на бъдещото делене на дъщерни клетки.
Преградата за делене се синтезира в центъра на клетката (фиг.В).
Само Тип 2 (S. аureus) - няма режим на удължаване клетъчната стена.
Новите мономери се вмъкват само в преградата на делене (фиг. B).
Антибиотици, инхибитори на синтезата на пептидогликана:
- фосфомицин
- циклосерин
- Бацитрацин, ванкомицин и ристомицин
- Пеницилини и цефалоспорини
Фосфомицин
Инхибира синтезата на N-ацетилмураминова киселина
Циклосерин
Инхибира активността на:
- ензима, катализиращ превръщането на L-аланина в D-аланин
- образуването на дипептида (D-аланин-D-аланин) и съответно присъединяването му към олигопептида
Бацитрацин, ванкомицин и ристомицин
Инхибират свързването с бактопренола и съответно пренасянето и включването на дизахарид-пентапептидния фрагмент към пептидогликана.
Пеницилини и цефалоспорини
Подтискат активността на транспептидазите, омрежващи пептидите в пептидогликана.
Структурата на муреина може да бъде нарушена под действието на различни ензими:
Глюкозидази (лизозим)
Амидази
Ендопептидази -лизостафин
Глюкозидази (лизозим)
Атакуват 1-4 -гликозидната връзка между N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмураминовата киселина (фактори на неспецифичния имунитет).
Различна степен на чувствителността на бактериите към лизозима:
- Грам (+) бактерии са по-чувствителни на третиране с големи количества лизозим.
- Грам(-) бактерии стават чувствителни към лизозим след действие на различни агенти – ЕДТА.
Амидази
Разкъсват връзката между гликановата и пептидната част на пептидогликановия мономер
Ендопептидази -лизостафин
Атакуват пептидните връзки в пептида или интерпептидните глицинови мостчета
Точки на разцепване на пептидогликана под действието на различни ензими:
глюкозаминидази, амидази , пептидази и мурамидази
