Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Перенос углевод-пептидного звенана липидный переносчикНа следующем этапе происходит переносактивированного углевод-пептидного звенаот UDP на липидный переносчик (рис. 32.8).Последний представляет собой длиннонепочечный спирт, содержащий 11 изопреновыхРис. 32.5.Синтез UDP-NAG.Рис. 32.6.Синтез UDP-NAM.единиц и потому высокогидрофобный в отличие от UDP. По-видимому, именно благодаря гидробофному характеру этогоС 55 -липида новообразованное углевод-пептидное звено преодолевает барьер проницаемости, которым служит клеточная мембрана.Вспомним, что другой высокогидрофобный переносчик - долихолфосфат - участвует в синтезе олигосахаридов, составляющих сердцевину (олигосахаридного«ядра»)гликопротеиновуэукариот(разд.
29.31).32.5. Синтез дисахарид-пептидного звена,прикрепленного к липидному переносчикуСледующий этап - присоединение NAGк остатку NAM в углевод-пептидном звене,прикрепленном к липидному переносчику.Донор активированного углевода UDPNAG вступает в реакцию с С-4 остатка NAMи между этими сахарами образуется β-1,4гликозидная связь (рис. 32.9). Далее в ходеАТР-зависимой реакции NH4+ амидируетсвободную α-карбоксильную группу D-глутаминовой кислоты в пептиде. Вслед за этимна ε-аминогруппе остатка лизина в пептидевыстраивается пентаглициновый мостик.32.
Оболочки бактериальныхклеток221Рис. 32.7.СинтезпентапептидаUDP-NAM.Рис. 32.8.Структура липидного переносчика, участвующего в биосинтезе клеточных стенок.Рис. 32.9.Синтез дисахарид-пептидногозвена на липидном переносчике.наЭтот пентапептид синтезируется путем последовательного присоединения глициновыхостатков, доставляемых глицил-тРНК.
Этоединственный случай, когда тРНК служитдонором аминокислот в ходе внерибосомного синтеза пептида. На этом завершаетсяобразование основной структурной единицы клеточной стенки.32.6. Перенос дисахарид-пептидногона растущую полисахаридную цепьзвенаДисахарид-пептидное звено переносится липидным переносчиком на нередуцирующийконец растущей полисахаридной цепи. Реак-222Часть V.Молекулярная физиологияция протекает таким ооразом. Атом углерода С-1 остатка NAM находится в активированном состоянии, поскольку он связанс липидным переносчиком пирофосфатнойсвязью. Поэтому он вступает в реакциюс С-4 концевого остатка NAG растущей полисахаридной цепи, образуя в итоге β-1,4гликозидную связь (рис. 32.10).Липидный переносчик высвобождаетсяв форме пирофосфата и далее гидролизуется до монофосфата специфической фосфатазой. Этот этап дефосфорилирования представляет собой, по существу, регенерирование переносчика, способного акцептироватьуглевод-пептидное звено от UDP.
Известенпептидный антибиотик бацитрацин, ингибирующий биосинтез клеточных стенок путемторможения этого этапа:Рис. 32.10.Перенос дисахарид-пептидного звена на растущую полисахаридную цепь.32.7. Поперечные мостики междуполисахаридными цепями образуютсяв реакции транспептидированияВ результате реакции транспептидированиямежду полисахаридными цепями образуются поперечные сшивки, что приводит к формированию одной огромной молекулы, напоминающей по виду мешок. В ходетранспептидирования концевая аминогруппаодного пентаглицинового мостика атакуетпептиднуюсвязьмеждуостаткамиD-Ala-D-Ala другойпептиднойединицы(рис.
32.11). При этом образуется пептиднаясвязь между глицином и одним из остатковD-аланина, а второй остаток D-аланина высвобождается. Фермент, катализирующийэту реакцию,- гликопептид-транспептидаза.Обратите внимание, что синтез этой поперечной связи не требует расхода АТР: реакция идет за счет свободной энергии, уже содержащейся в связи D-Аlа-D-Аlа. Формирование пептидной связи таким необычнымспособом определяется, очевидно, тем, чтореакция протекает вне клетки, т.е. в остсутствие АТР.
Вспомните, что путем трансаминирования без использования АТР образуются пептидные связи при поперечнойсшивке нитей фибрина (разд. 8.21).32.8. У грам-положительных бактерийпептидогликан покрыт тейхоевой кислотойПоверхность грам-положительных бактерий состоит из тейхоевой кислоты, котораяпредставляет собой полимер остатков гли-церола (или другого углевода, например рибитола), соединенных фосфодиэфирнымимостиками (рис. 32.12).
Свободные гидроксильные группы этерифицируются с аланином или сахарами, в частности с глюкозой.Тейхоевая кислота присоединяется к скелетупептидогликанапоследовательностиостатков NAG-NAM - фосфодиэфирнойсвязью. Удлинение цепей тейхоевой кислоты происходит путем переноса глицеролфосфата от CDP-глицерола на свободнуюконцевую ОН-группу цепи. Остатки глюкозы присоединяются к гидроксильнымгруппам скелета тейхоевой кислоты в ходереакции с UDP-глюкозой.Рис. 32.11. Аминогруппа пентаглицинового мостика атакует пептиднуюсвязь между двумя остаткамиD-Ala; в результате формируется поперечная связь (сшивка).32.
Оболочки бактериальныхклеток223Рис. 32.12.Строение тейхоевой кислоты.32.9. Пенициллин вызывает гибельрастущих бактерий, ингибируя синтезклеточных стенокПенициллин был открыт в 1928 г. Александером Флемингом (Alexcander Fleming) довольно случайно.При работе с различными штаммами стафилококка часть чашек с культурами откладывали в лабораторную коллекцию и время отвремени просматривали. Поскольку, когдачашки просматривали, их приходилось открывать, в чашки неизбежно попадали из воздухаразличные микроорганизмы. Обратили внимание на то, что вокруг большой колонии проросшей плесени колонии стафилококка стали прозрачными и явно подвергались лизису.Плесень пересеяли и далее стали проводитьпредварительное изучение того бактериологического вещества, которое, очевидно, синтезировалось плесенью и диффундировало в окружающую среду.
Оказалось, что бульон,в котором на протяжении 1-2 недель при комнатной температуре культивировали плесень,приобретал выраженные ннгибирующие, бактерицидные и бактериолитические свойствав отношении многих распространенных патогенных бактерий.Далее было обнаружено, что экстракт изплесени Pinicillium при введении животнымне оказывал заметного токсического действия. Это послужило стимулом для дальнейших исследований. Однако, когда Флеминг попытался сконцентрировать и очи224Часть V.Молекулярнаяфизиологиястить активный антибиотик, по его словам,оказалось, что «пенициллин легко разрушается, и, несмотря на все усилия, мы потерпели неудачу.
Мы были бактериологи, а нехимики, и наши относительно простые приемы не принесли успеха».Прошло 10 лет, прежде чем к пенициллину вернулись снова. Патолог Хоуард Флори(Howard Florey) и биохимик Эрнст Чейн(Ernst Chain) провели ряд глубоких исследований, итогом которых явилось выделение,химическая характеристика и клиническоеиспользование этого антибиотика. Пенициллин состоит из тиазолидинового кольца,сочлененного сβ-лактамнымкольцом,в одном из положений которого находитсятот или иной заместитель (R), присоединенный с помощью пептидной связи. В бензилпенициллине, например, R является бензильной группой (рис.
32.13 и 32.14). Этаструктура может подвергаться различнымтрансформациям, что служит причиной лабильности пенициллина, с которой впервыестолкнулся Флеминг. Особенно неустойчиво β-лактамное кольцо. Как будет показанониже, это свойство имеет прямое отношениек антибиотической активности пенициллина.В 1957 г. Джошуа Ледерберг (JoshuaLederberg) показал, что бактерии, в обычныхусловиях чувствительные к пенициллину,могут расти в присутствии этого антибиотика, если используется гипертоническая среда. Выращенные таким образом микроорганизмы, так называемые протопласты, ли-Рис. 32.13.Высокореакционноспособныйучасток пенициллина - пептидная связь β-лактамного кольца.В положении R могут стоятьразличные заместители (вариабельная группа); в бензилпенициллине R - бензильная группа.шены клеточных стенок и потому припереносе в обычную среду подвергаются лизису. Отсюда был сделан вывод, что пенициллин препятствует синтезу клеточных стенок бактерий.
В 1965 г. Джеймс Парки Джек Стромингер (James Park, JackStrominger) независимо друг от друга пришли к выводу, что пенициллин блокируетпоследний этап биосинтеза, а именно образование поперечных сшивок.32.10. Пенициллин блокирует синтезклеточных стенок путем ингибированияреакции транспептидированияПенициллин ингибирует транспептидазу,поперечно сшивающую цепи протеогликана:При нормальном течении реакции транспептидаза образует в качестве промежуточного продукта ацильное производное с остатком D-аланина в предпоследнем положениипептида (рис.
32.15). Этот промежуточныйпродукт взаимодействует далее с аминогруппой концевого глицина другого пептида. Как показали недавно проведенные исследования, пенициллин ингибирует транспептидазу путем образования ковалентнойсвязи с остатком серина в активном центрефермента (рис. 32.16). Комплекс пенициллиноил-фермент не подвергается деацилированию. В результате ингибирование транспептидазы пенициллином оказывается необратимым.Почему пенициллин является столь эффективным ингибитором транспептидазы?С помощью молекулярных моделей быловыявлено, что пенициллин сходен с одним изсубстратов фермента, а именно с ацил-DAla-D-Ala (рис. 32.17).
Кроме того, четырехчленное β-лактамное кольцо пенициллинаимеет напряженную конформацию, вследствие чего пептидная связь в нем становитсявысокореакционноспособной. В сущности,пенициллин имеет, по-видимому, структурупереходного состояния нормального субстрата этого фермента. Другими словами.пенициллин - аналог переходного состояния.Любопытно сравнить пенициллин с другими необратимыми ингибиторами ферментов. Стабильный, неактивный пенициллиноил-ферментныйкомплекс совершенноаналогиченфосфорил-ферментномукомплексу, образующемуся при взаимодействииорганических фторфосфатов с ацетилхолинэстеразой или сериновыми протеиназами.Однако специфичность пенициллина намного выше, чем у фторфосфатных ингибито-ров. Мишень действия пенициллина оченьстрого задана его структурным сходствомс концевым участком D-Аlа-D-Аlа новообразующейся цепи пептидогликана. Следствием этой исключительной специфичности является низкая токсичность пенициллина, столь ценная при клиническом использовании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
