Строение пептидогликана
Пептидогликан представляет собой прочный защитный слой над цитоплазматической мембраной. У грамотрицательных бактерий он дополнительно покрыт наружной мембраной из липополисахаридов, которая работает как барьер для многих антибиотиков.
Каркас молекулы («хребет») состоит из длинных цепей, в которых чередуются два аминосахара:
- N-ацетилглюкозамин (NAG);
- N-ацетилмурамовая кислота (NAM).
К каждой молекуле NAM прикреплен короткий олигопептид. Эти пептидные отростки соседних полимерных цепей соединяются между собой с помощью поперечных мостиков, образуя прочную трехмерную сеть.
Этап 1: Синтез мономеров
Процесс начинается в цитоплазме и на внутренней стороне клеточной мембраны. Глюкоза превращается в NAG и NAM. Затем на молекуле NAM происходит сборка пептидной цепочки с участием ферментов MurC, MurD, MurE.
Сначала последовательно присоединяются L-аланин и D-глутамат. Третья аминокислота зависит от типа бактерии: у большинства грамположительных это L-лизин, а у грамотрицательных (и некоторых грамположительных) — диаминопимелиновая кислота (ДАП). Поскольку ДАП не встречается в организме человека, она является привлекательной мишенью для новых антибиотиков.
В завершение к цепочке добавляется дипептид D-Ala-D-Ala, который синтезируется из L-аланина с помощью фермента D-Ala-D-Ala синтетазы.
После этого к комплексу присоединяется NAG, а к третьей аминокислоте (лизину или ДАП) у грамположительных бактерий добавляется связующий полипептид — обычно это пентаглициновый мостик.
Этап 2: Транспорт и полимеризация
Синтезированный гидрофильный муреиновый мономер не может самостоятельно пройти через липофильную цитоплазматическую мембрану. Для этого используется молекула-переносчик — бактопренол.
Бактопренол связывает мономер, переносит его на наружную поверхность мембраны и встраивает в растущую полимерную цепь. После того как ферменты трансгликозилазы отсоединяют бактопренол, он возвращается обратно в цитоплазму за новым строительным блоком.
Процесс линейного удлинения цепей (связывание NAM доставленного мономера с NAG существующего полимера) катализируется ферментом пептидогликан-гликозилтрансферазой.
Этап 3: Транспептидация (сшивание)
Финальная стадия придает клеточной стенке прочность. Параллельные цепи пептидогликана сшиваются друг с другом.
Этот процесс катализируют ферменты транспептидазы. Они связываются с концевым дипептидом D-Ala-D-Ala, отщепляют один (терминальный) остаток D-аланина и образуют временный комплекс с пептидогликаном. Затем свободная аминогруппа соседней цепи атакует этот комплекс, образуя ковалентную поперечную связь.
Транспептидазы являются главными мишенями для $\beta$-лактамных антибиотиков (например, бензилпенициллина), из-за чего эти ферменты получили название пенициллинсвязывающих белков (ПСБ).
Запомнить состав основы: «НАМ и НАГ строят каркас».
Вопросы с занятий и экзамена
Какие ферменты называют пенициллинсвязывающими белками (ПСБ) и почему?
Это транспептидазы — ферменты, осуществляющие перекрестное сшивание цепей пептидогликана. Бета-лактамные антибиотики (пенициллины) блокируют их работу, поэтому их называют ПСБ.
Зачем нужен бактопренол?
Он работает как липофильный переносчик. Компоненты мономера гидрофильны и не могут сами пересечь клеточную мембрану наружу.
В чем отличие третьей аминокислоты пептидной цепи у разных бактерий?
Большинство грамположительных бактерий используют L-лизин, а грамотрицательные — диаминопимелиновую кислоту (ДАП).
Что ещё разобрать по теме
- Механизм действия бета-лактамных антибиотиков
- Строение наружной мембраны грамотрицательных бактерий
- Ферменты синтеза мономеров (MurA-MurF)
- Цикл бактопренола и препараты, влияющие на него
Разберите тему целиком в курсе «Фармакология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Синтез пептидогликана (клеточной стенки бактерий)» и ещё 5 262 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 116 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Антибактериальные химиотерапевтические средства»
Бесплатные видеоуроки: фармакологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.