Peptidoglykánové funkcie, štruktúra a syntéza



peptidoglycan je hlavnou zložkou bunkovej steny prokaryotov. Je to veľký polymér a je zložený z jednotiek N-acetylglukozamínu a kyseliny N-acetylmurámovej. Peptidoglykánová kompozícia je celkom podobná vo všetkých skupinách prokaryotov.

To, čo sa líši, je identita a frekvencia aminokyselín, ktoré sú k nej ukotvené, pričom tvoria tetrapeptidový reťazec. Mechanizmus syntézy peptidoglykánu je jedným z najbežnejších cieľov pre väčšinu antibiotík.

index

  • 1 Funkcie
    • 1,1 grampozitívnych baktérií
    • 1,2 gramnegatívne baktérie
  • 2 Štruktúra
  • 3 Zhrnutie
    • 3.1
    • 3.2 Krok 2
    • 3.3 Krok 3
    • 3.4 Krok 4
  • 4 Odkazy

funkcie

Peptidoglykán je základnou zložkou steny bakteriálnej bunky. Jej hlavnou úlohou je udržiavať tvar bunky a udržiavať osmotickú stabilitu typickú pre takmer všetky baktérie.

V závislosti od štruktúry uvedenej steny môžu byť prokaryoty klasifikované ako grampozitívne a gramnegatívne..

Prvá skupina má bohaté koncentrácie peptidoglykánu v zložení svojej bunkovej steny, a preto je schopná udržať Gramovo farbenie. Najdôležitejšie charakteristiky peptidoglykánu v oboch skupinách sú opísané nižšie:

Gram-pozitívne baktérie

Stena Gram-pozitívnych baktérií je charakterizovaná tým, že je hrubá a homogénna, zložená hlavne z peptidoglykánu a veľkých množstiev kyseliny teichoovej, glycerolových polymérov alebo ribitolu viazaného na fosfátové skupiny. V týchto skupinách ribitolu alebo glycerolu sú viazané aminokyselinové zvyšky, ako je napríklad d-alanín.

Kyseliny pikné sa môžu viazať na peptidoglykán samotný (prostredníctvom kovalentnej väzby s kyselinou N-acetylmurámovou) alebo na plazmatickú membránu. V druhom prípade už nie sú nazývané kyseliny teichoové, ale stávajú sa kyseliny lipoteichoovej.

Keďže kyseliny teikové majú záporný náboj, je všeobecný náboj Gram-pozitívnych baktérií negatívny.

Gram-negatívne baktérie

Veľké negatívne baktérie vykazujú štruktúrne komplexnejšiu stenu ako grampozitívne baktérie. Skladajú sa z tenkej vrstvy peptidoglykánu nasledovanej vonkajšou membránou lipidovej povahy (okrem plazmatickej membrány bunky)..

Nemajú kyseliny teichoové a najhojnejším membránovým proteínom je lipoproteín Braun: malý proteín kovalentne spojený s peptidoglykánom a vložený do vonkajšej membrány hydrofóbnou časťou..

Lipopolysacharidy sa nachádzajú vo vonkajšej membráne. Ide o veľké komplexné molekuly vytvorené z lipidov a sacharidov a pozostávajú z troch častí: lipid A, polysacharidové centrum a O antigén.

štruktúra

Peptidoglykán je vysoko zosieťovaný a vzájomne prepojený polymér, rovnako ako je elastický a porézny. Má značnú veľkosť a skladá sa z identických podjednotiek. Polymér má dva deriváty cukru: N-acetylglukozamín a kyselinu N-acetylmurámovú.

Okrem toho obsahujú niekoľko typov aminokyselín, vrátane d-glutámovej kyseliny, d-alanínu a mezo-diaminopimelovej kyseliny. Tieto aminokyseliny nie sú rovnaké ako tie, ktoré tvoria proteíny, pretože majú konformáciu l- a nie d-.

Aminokyseliny sú zodpovedné za ochranu polyméru pred účinkom peptidáz, enzýmov, ktoré degradujú proteíny.

Štruktúra je usporiadaná nasledovne: jednotky N-acetylglukozamínu a kyseliny N-acetylmurámovej sa striedajú navzájom, v karboxylovej skupine skupiny kyseliny N-acetylmurámovej je pripojený reťazec aminokyselín d- a l-.

Karboxylová koncová skupina d-alanínového zvyšku je pripojená k aminoskupine kyseliny diaminopimelovej (DAP), hoci na mieste môže byť iný typ mostíka.

syntéza

Syntéza peptidoglykánu prebieha v bunkovej cytoplazme a pozostáva zo štyroch krokov, kde sú polymérne jednotky, ktoré sú viazané na UDP, prenesené do lipidovej transportnej funkcie, ktorá berie molekulu do vonkajšieho prostredia bunky. Polymerizácia tu prebieha vďaka enzýmom nachádzajúcim sa v oblasti.

Peptidoglykán je polymér, ktorý sa odlišuje od iných štruktúr svojou organizáciou v dvoch dimenziách a vyžaduje, aby jednotky, ktoré ho tvoria, boli vhodným spôsobom prepojené, aby sa dosiahla táto konformácia..

Krok 1

Proces začína vo vnútri bunky s konverziou glukozomínu v N-acetylmurámico, vďaka enzymatickému procesu.

Potom sa aktivuje v chemickej reakcii, ktorá zahŕňa reakciu s trifosfátom uridínu (UTP). Tento krok vedie k tvorbe kyseliny uridíndifosfát-N-acetylmurámovej.

Ďalej sa zostavenie jednotiek uridíndifosfát-N-acetylmurámovej kyseliny uskutočňuje prostredníctvom enzýmov.

Krok 2

Následne je pentapeptid difosfát kyseliny uridín-N-acetylurovej asociovaný prostredníctvom difosfátovej väzby s bactoprenolom umiestneným v plazmatickej membráne a dochádza k uvoľňovaniu uridínmonofosfátu (UMP). Baktoprenol pôsobí ako nosná molekula.

Prídavok N-acetylglukozamínu vzniká tak, že vzniká disacharid, ktorý poskytne peptidoglykán. Tento proces môže byť u niektorých baktérií mierne modifikovaný.

Napríklad v Staphylococcus aureus pridanie pentaglycínu (alebo iných aminokyselín) nastáva v polohe 3 peptidového reťazca. K tomu dochádza s cieľom zvýšiť dĺžku zosieťovania.

Krok 3

Následne je bakteroprenol zodpovedný za prenos prekurzorov N-acetylglukozamín-N-acetylmurámového disacharidu na vonkajšiu stranu, ktoré sa viažu na polypeptidový reťazec vďaka prítomnosti enzýmov transglykozylázy. Tieto proteínové katalyzátory používajú pyrofosfátovú väzbu medzi disacharidom a bakteroprenolom.

Krok 4

V oblasti blízko plazmatickej membrány dochádza k zosieťovaniu (transpeptidácii) medzi peptidovými reťazcami, cez voľný amín umiestnený v tretej polohe aminokyselinového zvyšku alebo N-koniec pentaglycínového reťazca a d-alanín umiestnený v štvrtá poloha iného polypeptidového reťazca.

K zosieťovaniu dochádza vďaka prítomnosti transpeptidázových enzýmov nachádzajúcich sa v plazmatickej membráne.

Počas rastu organizmu môže byť peptidoglykán otvorený v určitých bodoch pomocou enzymatického mechanizmu bunky a vedie k inzercii nových monomérov..

Pretože peptidoglykán je podobný sieti, otvorenie v rôznych bodoch významne neznižuje pevnosť štruktúry.

Procesy syntézy a degradácie peptidoglykánov prebiehajú neustále a určité enzýmy (ako je lyzozým) sú determinujúce vo forme baktérií..

Keď je baktéria v nedostatku živín, zastaví sa syntéza peptidogliky, čo spôsobí určitú slabosť v štruktúre.

referencie

  1. Alcamo, I.E. (1996). Microbeology. Wiley Publishing.
  2. Murray, P. R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Lekárska mikrobiológia. Elsevier Health Sciences.
  3. Prescott, L. M. (2002). mikrobiológie. Spoločnosti Mc Graw-Hill
  4. Struthers, J. K., & Westran, R. P. (2005). Klinická bakteriológia. Masson.
  5. Typas, A., Banzhaf, M., van Saparoea, B.V.B., Verheul, J., Biboy, J., Nichols, R.J., ... & Breukink, E. (2010). Regulácia syntézy peptidoglykánov proteínmi vonkajšej membrány. bunka, 143(7), 1097-1109.