Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

дполагаемая структура тейхоевой кислоты у одного из представителей Lactobacillus.

15.10.2. Тейхоевые кислоты

Поверхностные структуры всех грамположительных организмов содержат тейхоевые кислоты; последние включают остатки глицерина или рибита, связанные друг с другом фосфодиэфирными мостиками, и определяют многие специфические биологические свойства организма. Чаще всего гидроксидная группа во 2-м положении глицерина в тейхоевых кислотах мембран этерифицируется алани-ном, как, например, у Lactobacillus arabinosis. Streptococcus lactis и Staphylococcus aureus, но бывает, что она соединяется ?-гликозидной связью с ?-ацетилглю-козамино.м (S. aureus) и другими моносахаридами. Структура типичной тейхоевой кислоты изображена на рис. 15.17. Имеются убедительные доказательства, что тейхоевые кислоты образуют фосфодиэфирные связи с С-6 ?-ацетилмурамовой кислоты пептидогликана многих бактерий. В связи с большой вариабельностью структуры тейхоевых кислот эти соединения наделены рядом разнообразных физических свойств, получающих отражение в «жесткости» или «ослизненности» микроорганизма.

15.10.3. Липополисахариды

Электронно-микроскопические исследования позволили обнаружить, что поверхностные слои клеток Е. coli и других грамотрицательных организмов образуют сложную оболочку, где тонкий слой пептидогликана разделяет внутреннюю цитоплазматическую мембрану и многокомпонентный наружный слой, который включает липополясахарид, белок и фосфоглицерид, и по своей структуре напоминает мембрану. В результате расщепления пептидогликана обработкой клеток ли-зоцимом получается сферопласт, который сохраняет внутреннюю и наружную мембраны. Внутренняя мембрана имеет типичную бислойную структуру, как в клетках эукариот; более плотная наружная мембрана несет в себе антигенные детерминанты, характерные для данного организма, включая О-антигены, которые могут быть сильно токсичными для животных. Липополисахариды грамотрицательных бактерий структурно организованы, по-видимому, так, как это показано на рис. 15.18. Периферическая часть липополисахаридов содержит О-антиген-ные детерминанты; они включают тетра- или пентасахаридные повторяющиеся единицы, которые связываются с образованием полисахаридов с очень большой молекулярной массой. Известно несколько сотен вариантов с серологической спе-

674

Ш. МЕТАБОЛИЗМ

-О-энгсгигсм-

наружное яЗро

внутреннее яЭро-»|-^липиЭ Д

разветвленные тетрз-или пентасЕхариЭ

GlcNAc оИ.2

Gal

1.4

jcc-1, 6.

a

-Glc-

-Gal-

tf-1,3 d-1,3

Hep или

j i,ST-';u 7 «-1,3 1,5

Glc-

- Кер-

нер—KDO —

p-p этаноламин (po4)

KDO GlcNH2 жирные кислоты P04

Рис. 15.18. Структурная организация липополисахарида грамотрицательных бактерий. Hep — гептулоза и KDO — 2-кето-5-дезоксиоктулозоновая кислота.

цифнчностью для О-антигепа, н в соответствии с этим у О-антигенных полисахаридов наблюдается большое разнообразие состава углеводов. Наружное ядро липополисахарида относительно единообразно по структуре у различных видов Salmonella и служит для связывания О-антигенных детерминантов с внутренним ядром, построенным главным образом из гепгозы и октулозоновой кислоты (2-кето-З-дезоксиоктулозоновая кислота). Самая внутренняя /ггшиб-Л-структура содержит ?-ацетилглюкозамин, фосфат, насыщенные жирные кислоты и ?-оксикнслоты, такие, как ?-оксимирнстиновую кислоту, которая может быть связана с глюкозами-ном амндной связью.

На наружной поверхности грамотрицательных организмов также имеются лнпопротеиды, которые ковалентно связаны с пептидогликаном (рис. 15.16). Они соединяются с мезодиаминопимелиновой кислотой через остатки лнзина и аргинина лппопротеида.

15.10.4. Капсулярные полисахариды

Многие грамотрицательные бактерии продуцируют на наружной стороне клеточной стенки полисахариды, отличные от тех, которые обсуждены выше. Они часто образуют рыхло связанные ослнзненные капсулы, как у Klebsiella, и могут быть выделены в среду при выращивании культуры. Этим полисахаридам также свойственны внутриродовые и межродовые структурные вариации. Два капсуляр-ных полисахарида у Aerobacter aerogenes содержат следующие повторяющиеся тетрасахариды:

GIcUA

о 1

I з

-3Glc(ei -> 4JMan(fll -> 4)GIcal-

GIc

? 1

I

4

—6GIc(/?l -* 4)GIcUA(ftl — з)—l—Fuc—1-

15.1.1. Биосинтез полимеров бактериальной клеточной стенки

Сложные олигосахариды клеточной стенки не являются метаболически инерт-• нымн веществами, которые лишь обеспечивают образование жесткой капсулы бактериальной клетки. Для этих веществ показаны высокие скорости обмена, по

1Б. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II

675

UDP-GlcNAc UDPMurNAc Pi

фосфоенолпируват

2 D-аланин

ултР

L-аланин -t-

ATP

ATP

ADP + T>?

UDP-MurNAc-L-Ala

\ D-глитламагл ' -ATP

(ингибируетср циклосерином) y^ADP + Pi

D'Ala-? Ala UDP-MurNAc-L-Ala-D-u3c-Glu-L-Lys UDP-MurNAc-L-Ala-E-Glu

Г

J ^ ADP+PC

ADP+P; L-лизин + ATP

ADP + Pj UDP-M«rNAc-L-Ala-D-H3o-Glu-t--Lys-D-Ala-j)-Ala

Рис. 15.19. Биосинтез ?-ацетилмурамилпептида пептидогликана у Staphylococcus aureus. Процесс начинается синтезом UDP-GlcNAc и UDP-MurNAc, вслед за которым происходит последовательное присоединение пяти аминокислотных остатков в АТР-зависимом процессе. Все реакции осуществляются на бактериальной мембране. Внутреннее ядро (кор) содержит О-пирофосфорилэтаноламин, который каким-то образом присоединен к углеводу и при гидролизе дает фосфат.

крайней мере в период логарифмического роста, и в их синтезе принимают участие разнообразные гликозилтрансферазы, подобные тем, которые имеются у выс-

оргинм wut.

15.11.1. Синтез пептидогликана

Этот процесс осуществляется в три стадии: синтез пептидной единицы пептидогликана, синтез пептидогликановых повторяющихся единиц и связывание повторяющихся единиц поперечными мостиками для образования полисахарида клеточной стенки. На рис. 15.19 представлены реакции первой стадии, которая начинается синтезом ?-ацетилмурамовой кислоты и затем идет с последующим наращиванием аминокислот в пептидной единице. Синтез о-аланил-о-аланина очень чувствителен к антибиотику циклосерину, который по своей структуре близок к D-аланпну. На следующей стадии (рнс. 15.20) ?-ацетнлмурамилпептид переносит-

СО,Н 0=С-NH

I 2 I

Н—С— NH, Н—С—NH,

I I

СН, СН,-о

1-аланин циклосерин

676

III. МЕТАБОЛИЗМ

D-Ala

Und-P

GlcNAc

/

MurNAc

GlcNAc L-Ala Und-P-P

/ Б-Gin MurNAc I , .

у I L-Lys-(GIV)S

ClcNAc L-Ala I

Jb-MW-Glri

6-Ala

L-Lys (Gly)5

MurNAc-P-P-Und I

L-Ala

I

Ь-шо-Glu

I

L-Lys I

D-Ala

I

в-Ala

UDP-GlcNAc

i-Ala. I

E-Ala

Latp-

/^г~лицил-(4) / .тРНК yf (5 циклов)

Ч тРЫк

GlcNAcMurNAc-P-P-Und * I

L-Ala

1

D-wo-Gln

L-Lys-(Gly)s

D-Ala I

D-Ala

L-Lys-(Gly)s I

D-Ala

лреформированныи полимер

Рис. 15.20. Биосинтез повторяющихся единиц пептидогликана у Staphylococcus aureus. Und-P — ундекапренилфосфат. На стадии 3 в результате пяти циклов реакции с глицил-тРНК образуется пеитаглицильная группа, соединенная с L -лизином, и в другой независимой реакции ?-СООН-группа °-глутаминовой кислоты амиди-руется, давая остаток и-изоглутамина.

15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II

677

ся на связанный в мембране липидный компонент, ундекапренилфосфат — С55-ИЗО-пренол, близкий к долихолфосфату (разд. 15.8.3).

( ?Н3 ) Н\СН2—С=СН—СНгу

СН,

о

СНг/ю—Щ,—С=СН—СН2—О—Р-

о-

унЭекапренил фосфат

о-

Пептидогликановый предшественник присоединяется к ундекапренолу через пи-рофосфатный мостик при С-1. В этой форме он сначала реагирует с UDP-N-аце-тилглюкозамином с образованием дисахаридпентапептида, все еще связанного с

MurNAc

/

GlcNAc

MurNAc L-Ala

/

MurNAc I

L-Ala I

jlcNAc р-шо-Gln

GlcNAc

L-Ala

+

/

О II

MurNAc I

L-Ala ?

GlcNAc ?

/

О

ii

О II

L-Lys-NH-(C-CHZ-N)4-C-CH2-NH

I

d-.Ala d-Ala

-Ala

/

/

MurNAc

GlcNAc

/

MurNAc I

j--Ala

/

L-LyS-NH-iC-CHj- N )4- C-CH2-NH2

d-Ala MurNAc / ?-Ala QlcNAc I

/ j

MurNAc

L-Ala

GlcNAc d-изо-Gin ' I ?

I

GlcNAc D-aM-Gln

О II

L-Lys-N H-( С- СНг- ? )4- C-CHZ- N-C- C- ? ? 6-Ala CH3 D-Ala

L-Lys-N-iC-C^-N^-C-CH^-NH, О Ol* ii ? и ?

Ь-Ala

Рис. 15.21. Поперечная сшивка пептидогликановых повторяющихся единиц при образовании клеточных стенок бактерий. После встраивания ?-ацетилглюкозами-нил-М-ацетилмураминил-пептидилпептидогликана в растущий полисахарид клеточной стенки (рис. 15.18) возникают поперечные сшивки (как показано здесь для Staphylococcus aureus) между пептидными группами пептидогликана путем катализируемой ферментом реакции переамидирования, которая приводит к замещению остатка °>-аланина на конце цепи соседней пептидогликановой повторяющейся единицы.

678

III. МЕТАБОЛИЗМ

ундекапренолом. Затем в АТР-зависимой реакции ?-карбоксильная группа остатка d-глутаминовой кислоты амидируется с образованием остатка d-изоглутамина.

Для наращивания мостиковой единицы, как у М. lysodeikticus (рис. 15.16), совершается перенос пяти остатков глицина (одного за другим) от глицял-тРНК (гл. 26) сначала на ?-аминогруппу лизииового остатка и затем на аминогруппу предшествующего глицина. Когда утилизируются другие аминокислоты, для образования мостиковой структуры они переносятся со своих соответствующих специфических тРНК. Однако фермент, ведущий процесс, специфичен к аминокислоте, а не к ее тРНК.

Конечная стадия синтеза пептидогликана состоит в реакции траиспептидации, которая катализируется с-аланил-п-аланинкарбоксипептидазой (рис. 15.21). В этой стадии концевая аминогруппа цепи пентаглицииа замещает d-алании иа концевой СООН-группс и образует пептидную связь между двумя цепями. Эта реакция тормозится пенициллином (ниже приводится общая структурная формула) .

О II

R—С—?? ,, гн

НС—с с

I I 1хсн С-N-7С 3

<У н соон

1 пенициллин

Если R — остаток бензила С6Н5СН2—, то антибиотик представляет собой бензил-пенициллин, широко применяемый в терапии. Полагают, что пенициллин необратимо подавляет карбоксипептидазу, образуя с ней пеиициллоил-фермеитный комплекс. Обычно реакпия траиспеп

страница 28
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(12.11.2019)