Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 60
Текст из файла (страница 60)
В организме человека нет ни одногофермента, распознающего D-Ala-D-Ala, а потому пенициллин не может помешать работе наших ферментов.32.11. Некоторые бактерии резистентнык пенициллину, так как синтезируютразрушающий его ферментРяд бактерий синтезирует пенициллиназу фермент, способный расщеплять амиднуюсвязь в β-лактамном кольце пенициллинас образованием пенициллоиновой кислоты,лишенной антибиотической активности:32. Оболочки бактериальныхклеток225мам, клеточная стенка которых образованапептидогликаном. Судя по тому, что утратагена пенициллиназы не вызывает повреждения клетки в отсутствие антибиотика, у фермента, видимо, нет иной функции, кромеинактивации пенициллина. К тому жеимеется хорошая корреляция между степенью устойчивости к действию пенициллина и общей пенициллиназной активностью.32.12. Грам-отрицательные бактерииокружены наружной мембраной,богатой липополисахаридамиРис.
32.14.Модель бензилпенициллина.Был выделен целый ряд близких по структуре пенициллиназ, имеющих массу около30 кДа и высокое число оборотов (порядка103 с - 1 ) . Активность фермента в значительной мере зависит от природы R-группы,присоединенной к β-лактамному кольцу пенициллина. Поэтому полусинтетические пенициллины с R-группами, защищающимиих от действия пенициллиназы, представляют большую ценность для клиническихцелей.Ген, кодирующий пенициллиназу, локализован в различных плазмидах (разд.
31.6).Эти внехромосомные генетические элементы у некоторых видов бактерий способны быстро появляться и исчезать. В рядебактериальных штаммов пенициллиназаявляется индуцируемым ферментом. По-видимому, пенициллиназа возникла в ходе эволюции как механизм детоксикации, поскольку она свойственна только микроорганиз-Рис. 32.15.226В ходе реакции транспептидирования в качестве промежуточного продукта образуетсяацил—фермент.Часть V.Молекулярная физиологияКак уже упоминалось, клеточная оболочкаграм-отрицательных бактерий устроена более сложно, чем клеточная оболочка грамположительных бактерий.
У грам-отрицательныхмикроорганизмов(например,Escherichia coli или Salmonella typhimurium)слой пептидогликана окружен наружноймембраной, содержащей фосфолипиды, белки и липополисахариды. Эта наружная мембрана, подобно плазматической, имеетструктуру бислоя. Итак, грам-отрицательные бактерии имеют две мембраны,а грам-положительные - одну. Особенностьграм-отрицательных бактерий состоит также в наличии водной прослойки между плазматической мембраной и пептидогликановым слоем. В этом периплазматическом пространстве содержится много белков, участвующих в связывании и транспорте сахаров и других питательных веществ(разд.
37.20).Липополисахариды (ЛПС) наружной мембраны представляют собой крайне необычные соединения, молекулы которых состоятиз трех частей: липида А, олигосахаридовсердцевины («ядра») и О-боковой цепиРис. 32.16.Образование пенициллиномферментного комплекса, обладающего неограниченной стабильностью.Рис. 32.18.Рис. 32.17.Конформация пенициллинав области высокореакционноспособной пептидной связи (А)сходна с предполагаемой конформацией структуры R-DAla-D-Ala (Б) в переходномсостоянии при протеканииреакции транспептидирования.[Lee В., J.Mol.Biol., 61, 464(1971).](рис. 32.18).
Липид А - это гидрофобнаячасть большой (10 кДа) амфипатическоймолекулы. Он включает шесть цепей насыщенных жирных кислот, присоединенныхк двум остаткам глюкозамина. Этиацильные цепи составляют примерно половину наружного слоя наружной мембраны.Внутренний слой вместо цепей жирных кислот содержит фосфолипиды (рис. 32.19).
Далее в молекуле липополисахарида идетМолекула липополисахаридасостоит из трех частей: липида А, олигосахаридного «ядра»и О-боковой цепи. Здесь показана последовательность сахаров, характерная для Salmonellatyphimurium.Сокращения:Abe - абеквоза; EtN - этаноламин; Gal-галактоза; Glcглюкоза; GlcN - глюкозамин;GlcNAc - N-ацетилглюкозамин; Hep - гептулеза; KDO - 2-кето-3-дезоксиоктонат;Man - манноза;Rha - L-рамноза.область олигосахаридного «ядра».
Здесь десять углеводных единиц вынесено кнаружиот липида А; еще более наружно располагается О-боковая цепь, состоящая из большого числа повторяющихся тетрасаха32. Оболочки бактериальныхклеток227Рис. 32.19.Рис. 32.20.Молекулы липополисахаридовлокализованы в наружномслое, тогда как фосфолипиды во внутреннем слое наружноймембраны.Формулы ряда редких сахаров,входящих в состав липополисахаридов.ридных единиц. В этих двух областяхсодержится несколько крайне редких в природе углеводов, а именно 8-углеродный сахар 2-кето-3-дезоксиоктонат (КДО, KDO),7-углеродный сахар гептоза, а также 6-углеродные сахара L-рамноза и абеквоза, в молекуле которых в положении С-6 стоит—СН3 вместо —СН2ОН (рис.
32.20). В отличие от ацильной части липида А олигоса228Часть V.Молекулярная физиологияхариды сердцевины и О-боковая цепьвысоко гидрофильны. Ряд сахаров в липополисахариде фосфорилирован, и потомумолекула полисахарида в целом имеет отрицательный заряд.Липополисахариды синтезируются в плазматической мембране и затем транспортируются в наружную мембрану. Сначала синтезируется липид А, а затем путем последовательного присоединения сахаров (донорами активированных сахаров служат соединения типа UDP-глюкозы или UDP-галактозы) образуется полисахаридное «ядро».О-боковая цепь собирается иным путем.Ее повторяющееся тетрасахаридное звено синтезируется на том же самомС55-изопреноидном липидном переносчике,который участвует в синтезе пептидогликана (разд. 32.4).
Растущая цепь таких единицудлиняется путем переноса олигосахаридас одной молекулы переносчика на тетрасахаридное звено, связанное с другой молекулой переносчика (рис. 32.21). Аналогичныйспособ удлинения имеет место при синтезежирных кислот (разд.
17.18) и белков(разд. 27.16). Наконец, О-боковая цепь присоединяется к концу олигосахаридного«ядра». По-видимому, повторяющийся тетрасахарид О-боковой цепи образуется вовнутреннем слое плазматической мембраны, затем переносится в наружный слойи там присоединяется к растущей цепи. Полностью сформированная молекула липополисахарида транспортируется из плазматической мембраны в наружную, по-видимому, в тех участках, в которых эти структурысоприкасаются.32.13. Благодаря разнообразиюО-боковых цепей грам-отрицательныебактерии противостоят защитным силаморганизма-хозяинаЛипополисахариды содержат в высшейстепени необычные сахара и своеобразныехимические связи. Что дает такая вычур-Рис. 32.21.Способ удлинения О-боковыхцепей.Рис.
32.22.Изменение структуры О-боковых цепей бактерии Salmonella при заражении умеренным фагом Р22.ность? Ключ к решению этого вопроса былполучен при изучении мутантов, дефектныхпо синтезу липополисахаридов. Липид Аи прилегающие к нему КДО олигосахаридного «ядра», по-видимому, абсолютно необходимы для выживания. Цепи насыщенныхжирных кислот вносят определенный вкладв барьерную функцию наружной мембраны,благодаря которой периплазматическиебелки не выходят наружу, а наиболее ядовитые вещества не проникают в клетку.
Так,пенициллин довольно плохо проходитсквозь клеточную мембрану грам-отрицательных бактерий. Кроме того, липидА придает наружной мембране жесткость.В отличие от липида А и олигосахаридного«ядра» О-боковые цепи не являются жизненно важными. Например, любимый многими биохимиками штамм К12 Е.
coli вообще лишен О-боковых цепей. Все жев естественных условиях грам-отрицательные бактерии почти всегда имеют О-боковые цепи. Полисахаридная наружная оболочка придает поверхности бактериальныхклеток высокую степень гидрофильности,что повышает их устойчивость к фагоцитозуклетками хозяина. О-боковые цепи полисахаридов крайне разнообразны; показаннаяна рис. 32.18 структура - это только одна измногих известных. Грам-отрицательныебактерии способны быстро мутировать, изменяя таким путем состав своих О-боковыхцепей. В результате популяция клеток хозяина, встретившись с новой для себя поверхностной структурой, не имеет на первых порах достаточного количества антител про-тив О-боковых цепей.
Следовательно, видоизменяя О-боковые цепи, микроорганизмына один шаг опережают систему иммунологической защиты организма-хозяина.Источником генетической информации,необходимой для изменения О-боковых цепей, может служить включение умеренногофага в грам-отрицательные бактерии. Например, фаг Р22 обеспечивает бактериальную клетку геном фермента, добавляющегоглюкозу к повторяющемуся тетрасахаридному звену в О-боковых цепях (рис.
32.22).Такое изменение называют фаговой конверсией. Приведенный пример демонстрируетудивительное взаимодействие между бактериальными и вирусными генами и те преимущества в эволюции, которые возникаютв результате такого симбиоза.32.14. Порин образует в наружной мембранеканалы для небольших полярных молекулВ наружной мембране бактериальной клетки содержится большое количество (~10 5 )молекул порина - трансмембранного белкамассой 37 кДа.
Тримеры порина формируют каналы, по которым небольшие полярные молекулы быстро диффундируют,проходя сквозь мембрану (рис. 32.23). Поскольку диаметр канала 10 А, он пропускает молекулы массой, не превышающей600 Да. Гидрофобные молекулы независимоот своего размера плохо проходят по каналу; из этого следует, что пориновый каналнаполнен водой и выстлан полярными группами. Следовательно, канал приспособлендля пропускания небольших полярных метаболитов типа моносахара. Что касаетсяполярных соединений с большей молекулярной массой, то для некоторых из них существуют специфические системы транспорта через наружную мембрану; примеромможет служить система транспорта мальтозы. Диффузия мальтозы (дисахарида)и мальтотриозы по пориновому каналу идеточень медленно; для их переноса через мембрану существует специальная систематранспорта. Известны также специфическиесистемы транспорта витамина В 12 и хелатовжелеза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
