|
|
Основы биохимии. Том 2дполагаемая 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 /Л 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 |
< 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] |