Πεπτιδογλυκανικές λειτουργίες, δομή και σύνθεση

Το πεπτιδογλυκάνη είναι το κύριο συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος των προκαρυωτικών. Είναι ένα μεγάλο πολυμερές και αποτελείται από μονάδες Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης και Ν-ακετυλομουραμικού οξέος. Η σύνθεση πεπτιδογλυκάνης είναι αρκετά όμοια σε όλες τις ομάδες προκαρυωτικών.

Αυτό που ποικίλλει είναι η ταυτότητα και η συχνότητα των αμινοξέων που είναι αγκυροβολημένα σε αυτό, σχηματίζοντας τετραπεπτιδική αλυσίδα. Τα μηχανήματα που εμπλέκονται στη σύνθεση της πεπτιδογλυκάνης είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους στόχους για τα περισσότερα αντιβιοτικά.

Ευρετήριο

• 1 Λειτουργίες
  • 1.1 Γραμ-θετικά βακτήρια
  • 1.2 Gram-αρνητικά βακτηρίδια
• 2 Δομή
• 3 Περίληψη
  • 3.1 Βήμα 1
  • 3.2 Βήμα 2
  • 3.3 Βήμα 3
  • 3.4 Βήμα 4
• 4 Αναφορές

Λειτουργίες

Η πεπτιδογλυκάνη είναι το θεμελιώδες συστατικό του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Ο κύριος ρόλος του είναι να διατηρήσει το σχήμα του κυττάρου και να διατηρήσει την οσμωτική σταθερότητα που είναι χαρακτηριστική σχεδόν όλων των βακτηριδίων.

Ανάλογα με τη δομή του εν λόγω τοιχώματος, τα προκαρυωτικά μπορούν να ταξινομηθούν ως θετικά κατά Gram και Gram αρνητικά..

Η πρώτη ομάδα έχει άφθονες συγκεντρώσεις πεπτιδογλυκάνης στη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος της και επομένως είναι σε θέση να διατηρήσει τη χρώση Gram. Τα πιο σχετικά χαρακτηριστικά της πεπτιδογλυκάνης και στις δύο ομάδες περιγράφονται παρακάτω:

Γραμ-θετικά βακτηρίδια

Το τοίχωμα των Gram θετικών βακτηρίων χαρακτηρίζεται από παχύ και ομοιογενές, που αποτελείται κυρίως από πεπτιδογλυκάνη και τειχοϊκού οξέων μεγάλες ποσότητες πολυμερών της γλυκερόλης ή ριβιτόλης συνδέονται με τις φωσφορικές ομάδες. Σε αυτές τις ομάδες ριβιτόλης ή γλυκερόλης δεσμεύονται υπολείμματα αμινοξέων, όπως η α-αλανίνη.

Τα τεϊικοϊκά οξέα μπορούν να δεσμευτούν στην ίδια πεπτιδογλυκάνη (μέσω ομοιοπολικού δεσμού με Ν-ακετυλομουραμικό οξύ) ή στη μεμβράνη του πλάσματος. Στην τελευταία περίπτωση δεν ονομάζονται πλέον τεϊκοϊκά οξέα, αλλά γίνονται λιποθεϊνώδη οξέα.

Καθώς τα teicoic οξέα έχουν αρνητικό φορτίο, το γενικό φορτίο τοίχου των Gram θετικών βακτηριδίων είναι αρνητικό.

Gram αρνητικά βακτήρια

Τα μεγάλα αρνητικά βακτήρια παρουσιάζουν δομικό περισσότερο πολύπλοκο τοίχωμα από τα θετικά κατά Gram βακτήρια. Αποτελούνται από ένα λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης που ακολουθείται από μια εξωτερική μεμβράνη λιπιδικής φύσης (επιπλέον της μεμβράνης πλάσματος του κυττάρου).

Υπήρξαν τειχοϊκά οξέα και περισσότερο άφθονη λιποπρωτεΐνη μεμβράνης πρωτεΐνη Braun: μια μικρή πρωτεΐνη ομοιοπολικά συνδεδεμένη με πεπτιδογλυκάνη και τα ενσωματωμένα στην εξωτερική μεμβράνη από ένα υδρόφοβο τμήμα.

Οι λιποπολυσακχαρίτες βρίσκονται στην εξωτερική μεμβράνη. Αυτά είναι μεγάλα σύνθετα μόρια που σχηματίζονται από λιπίδια και υδατάνθρακες και αποτελούνται από τρία μέρη: λιπίδιο Α, κέντρο πολυσακχαρίτη και αντιγόνο Ο.

Δομή

Η πεπτιδογλυκάνη είναι ένα πολύ διασυνδεδεμένο και διασυνδεδεμένο πολυμερές, καθώς επίσης είναι ελαστικό και πορώδες. Έχει σημαντικό μέγεθος και αποτελείται από ίδιες υπομονάδες. Το πολυμερές έχει δύο παράγωγα σακχάρου: Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικό οξύ.

Επιπλέον, περιέχουν αρκετούς τύπους αμινοξέων, συμπεριλαμβανομένων του d-γλουταμικού οξέος, της d-αλανίνης και του μεσοδιαμινοπιμελικού οξέος. Αυτά τα αμινοξέα δεν είναι τα ίδια με εκείνα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες, αφού έχουν τη διαμόρφωση 1 - και όχι το d-.

Τα αμινοξέα είναι υπεύθυνα για την προστασία του πολυμερούς από τη δράση των πεπτιδάσεων, των ενζύμων που αποικοδομούν τις πρωτεΐνες.

Η δομή είναι οργανωμένη ως εξής: μονάδες Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης και Ν-ακετυλομουραμικού οξέος εναλλάσσονται ο ένας τον άλλο στην ομάδα καρβοξυλίου ομάδα Ν-ακετυλομουραμικού οξέος είναι μία αλυσίδα αμινοξέων αγκυροβολημένα d- και Ι-.

Η καρβοξυλο τερματική ομάδα του υπολείμματος d-αλανίνης συνδέεται στην αμινομάδα του διαμινοπυμελικού οξέος (DAP), αν και μπορεί να υπάρχει ένας άλλος τύπος γέφυρας.

Σύνθεση

Η σύνθεση πεπτιδογλυκάνης λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων και αποτελείται από τέσσερα στάδια, όπου οι μονάδες πολυμερούς που δεσμεύονται με το UDP μεταφέρονται σε μια λειτουργία μεταφοράς λιπιδίων που μεταφέρει το μόριο στο εξωτερικό του κυττάρου. Ο πολυμερισμός γίνεται εδώ χάρη στα ένζυμα που βρίσκονται στην περιοχή.

Η πεπτιδογλυκάνη είναι ένα πολυμερές το οποίο διαφέρει από τις άλλες δομές από την οργάνωση του σε δύο διαστάσεις και απαιτεί οι μονάδες που το συνθέτουν να συνδεθούν με κατάλληλο τρόπο για να επιτευχθεί αυτή η διαμόρφωση.

Βήμα 1

Η διαδικασία ξεκινάει στο εσωτερικό του κυττάρου με τη μετατροπή της γλυκοσαμίνης στο Ν-acetylmurámico, χάρη σε μια ενζυματική διαδικασία.

Στη συνέχεια, ενεργοποιείται σε μια χημική αντίδραση που περιλαμβάνει την αντίδραση με τριφωσφορική ουριδίνη (UTP). Αυτό το στάδιο οδηγεί στο σχηματισμό διφωσφορικής ουριδίνης-Ν-ακετυλομουραμικού οξέος.

Στη συνέχεια, η συναρμολόγηση των μονάδων διφωσφορικής ουριδίνης-Ν-ακετυλομουραμικού οξέος πραγματοποιείται μέσω ενζύμων.

Βήμα 2

Στη συνέχεια, διφωσφορική ουριδίνη πενταπεπτίδιο-Ν-ακετυλομουραμικού οξέος συνδέεται μέσω ενός δεσμού πυροφωσφορικού να bactoprenol που βρίσκονται στην πλασματική μεμβράνη και την απελευθέρωση των μονοφωσφορική ουριδίνη (UMP) συμβαίνει. Η βακτοπρενόλη δρα ως μόριο φορέα.

Η προσθήκη Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης συμβαίνει για να δημιουργηθεί ένας δισακχαρίτης ο οποίος θα δημιουργήσει πεπτιδογλυκάνη. Αυτή η διαδικασία μπορεί να τροποποιηθεί ελαφρώς σε ορισμένα βακτήρια.

Για παράδειγμα, στο Staphylococcus aureus η προσθήκη μιας πενταγλυκίνης (ή άλλων αμινοξέων) λαμβάνει χώρα στη θέση 3 της πεπτιδικής αλυσίδας. Αυτό συμβαίνει με στόχο την αύξηση του μήκους της εγκάρσιας σύνδεσης.

Βήμα 3

Διαδοχικά, η bacteroprenol χειρίζεται μεταφορών πρόδρομοι εξωτερικούς χώρους πεπτίδιο δισακχαρίτη Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη-Ν-ακετυλομουραμικού, τα οποία συνδέονται με την πολυπεπτιδική αλυσίδα από την παρουσία των ενζύμων transglucosilasas. Αυτοί οι καταλύτες πρωτεϊνών χρησιμοποιούν τον πυροφωσφορικό δεσμό μεταξύ του δισακχαρίτη και της βαξεροπρενόλης.

Βήμα 4

Σε μια περιοχή μεμβράνης κοντά του πλάσματος σταυροσύνδεσης (Transpeptidation) μεταξύ πεπτιδικών αλυσίδων συμβαίνει μέσω της ελεύθερης αμίνης που βρίσκεται στην τρίτη θέση του υπολείμματος αλυσίδας pentaglycine αμινοξέων Ν-τερματικού ή και d-αλανίνη βρίσκεται στην την τέταρτη θέση της άλλης πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Η σταυροσύνδεση συμβαίνει χάρη στην παρουσία στα ένζυμα της τρανσπεπτιδάσης, που βρίσκονται στη μεμβράνη πλάσματος.

Κατά την ανάπτυξη του οργανισμού, η πεπτιδογλυκάνη μπορεί να ανοίξει σε ορισμένα σημεία χρησιμοποιώντας την ενζυματική μηχανή του κυττάρου και οδηγώντας στην εισαγωγή νέων μονομερών.

Επειδή η πεπτιδογλυκάνη είναι παρόμοια με ένα δίκτυο, το άνοιγμα σε διαφορετικά σημεία δεν μειώνει σημαντικά την αντοχή της δομής.

Οι διαδικασίες σύνθεσης και αποικοδόμησης πεπτιδογλυκάνης εμφανίζονται συνεχώς και ορισμένα ένζυμα (όπως η λυσοζύμη) είναι καθοριστικά στην μορφή του βακτηρίου.

Όταν το βακτήριο παρουσιάζει έλλειψη θρεπτικών συστατικών, η σύνθεση πεπτιδογλυκανό σταματά, προκαλώντας κάποια αδυναμία στη δομή.

Αναφορές

1. Alcamo, Ι. Ε. (1996). Microbiology. Εκδόσεις Wiley.
2. Murray, Ρ.Ρ., Rosenthal, Κ. S., & Pfaller, Μ.Α. (2017). Ιατρική μικροβιολογία. Elsevier Health Sciences.
3. Prescott, L. Μ. (2002). Μικροβιολογία. Εταιρείες Mc Graw-Hill
4. Struthers, J.K., & Westran, R.P. (2005). Κλινική βακτηριολογία. Masson.
5. Types, Α., Banzhaf, Μ., Van Saparoea, Β. Ν. D. Β., Verheul, J., Biboy, J., Nichols, R.J., & Breukink, Ε. (2010). Ρύθμιση σύνθεσης πεπτιδογλυκάνης από πρωτεΐνες εξωτερικής μεμβράνης. Cell, 143(7), 1097-1109.