Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Величина эффективного диаметра пор в стенке бактериальных клеток составляет приблизительно 1 нм [Mitchell, Moyle, 1956]. Стенка грамположительных бактерий толщиной 15— 50 нм примерно наполовину состоит из муреина [так называл эту молекулу Park (1966), первый исследователь молекулярного механизма действия пенициллина] — полисахаридно-полипеп-
213" -Mur-Mur-Mur-Mur-
I I I I
AGLAA AGLAA AGLAA AGLAA -Mur Д—MurA-—MurA-MurA-
іTi \ і \ і \
AGLA AGLA AGLA AGLA -Mur-\-MurA-MurA-MurA-
і T і T і \ і \
AGLA AGLA AGLA AGLA
\ \ \ \-
Рис. 5.3. Фрагмент муренна: поперечная сшивка единиц муропептида соответствующими аминокислотами. Mur — дисахарид, AGLA — четыре аминокислоты, AGLAA — пять аминокислот.
тидного полимера. Примерно 25 лежащих друг на друге слоев муреина придают стенке прочность. Остальные компоненты стенки бактерий представлены в основном тейхоевой кислотой (см. ниже). Муреин является специфическим субстратом для лизоцима, противобактериального фермента, содержащегося в слезах и других секретах организма, а также в белке яйца. Лизоцим используют фаги вирусов для проникновения в бактериальную клетку.
Стенка грамотрицательных бактерий устроена значительно сложнее. Под электронным микроскопом отчетливо видны концентрические слои. Уникальным свойством грамотрицательных бактерий является то, что в них муреин с наружной стороны покрыт второй полупроницаемой мембраной, состоящей из ли-попротеидов и липополисахаридов. В стенках этих бактерий отсутствует тейхоевая кислота, а муреин составляет всего лишь 5—20% всей массы стенки. Его слои, толщиной около 2 нм, с внутренней стороны тесно связаны с плазматической мембраной, их целостность зависит от наличия магния и кальция. Предполагают, что наружная мембрана возникла в результате естественного отбора для защиты муреина от разрушения лизо-цимом. Это подтверждается и тем фактом, что муреин грамотрицательных организмов значительно более однороден, чем муреин грамположительных бактерий, для которых естественный отбор был направлен на повышение устойчивости муреина к внешним воздействиям [Nikaido, 1979]. Эта структура грамотрицательных бактерий создает трудности при разработке лекарственных веществ, после преодоления которых уже не приходится сталкиваться с таким количеством различий, как у грамположительных организмов.
Муреин (известный также под названием пептидогликан) представляет собой поперечно-сшитый полимер неопределенного размера. Весьма вероятно, что всего лишь одна молекула муреина обвалакивает всю бактерию. Когда в процессе роста клетки возникает необходимость увеличить размер молекулы
214" муреина, происходит встраивание дополнительных частей в разрезы, образующиеся под действием специальных цитоплазмати-ческих ферментов. Молекула муреина состоит из линейных цепей дисахаридов, поперечно-сшитых боковыми цепями аминокислотных остатков (рис. 5.3).
Г. Биосинтез муреина. Его первой стадией является синтез характеристичного моносахарида. Вначале в цитоплазме из N-ацетилглюкозамин-І-фосфата и УТФ образуется уридин-N-ацетилглюкозамин. Затем в положение 3 этого нуклеотида (в две стадии) присоединяется остаток молочной кислоты и образуется уридиндифосфо-М-ацетилмураминовая кислота [аце-тилмураминовая кислота — это 3-0-0-лактил-М-ацетилглюкоза-мин (5.9), сахар, встречающийся только в клеточной стенке прокариот]. К ней присоединяются пять аминокислотных остатков, причем концевой всегда является пара-О-аланил-О-аланин. В зависимости от вида состав этого пентапептида может меняться, например, последовательность для Staphylococcus aureus представлена формулой (5.10).
CH2OH
Me
он
CH ^o H ^O- -C^
о
Il
—с—о—
о
но-
Me-C-N Il
о
Ацетилмураминовая кислота (анион) (5.9)
NH2 I
Me 1 COR О 1 (CH2)4
I il I
-NH-CH-СО—J—NH- CH-CH2-CH2-C- J—NH- CH-СО—_
L-Аланин D-Изоглутамин L-Лизин
Me Me
I I
—nh—ch—co—nh—ch—co2h
DD-Аланилаланин
Типичный пентапептид (R=OH или NH2) (5.10)
Затем этот моносахарид превращается в дисахарид. На первой стадии он ковалентно присоединяется к изопреноидному спирту О55 плазматической мембраны, отщепляя при этом УМФ [Higashi, Strominger, Sweeley, 1967]і. После этого молекула N-ацетилглюкозамина реагирует с остатком лизина, с которым соединены и пять остатков глицина (образование этой цепи
215" идет без участия рибосом и в направлении, противоположном нормальному пептидному синтезу). Полученный таким образом продукт обычно называют «дисахарид декапептида».
Следующей стадией является полимеризация. Разрывается связь дисахарида декапептида с Css-компонентом мембраны и образуется связь, соединяющая положение 1 остатка N-ацетил-мураминовой кислоты с гидроксильной группой в положении 4 концевого остатка N-ацетилглюкозамина другого дисахарида. Повторение этого процесса (примерно 50 раз) приводит к росту полисахаридной цепи [Strominger et al., 1967].
Последняя стадия — образование поперечных сшивок в результате реакции транспептидации. Эта реакция не требует притока внешней энергии и протекает между концевой аминогруппой пентаглициновой боковой цепи и карбонильным остатком предпоследнего остатка D-аланина в другой пентапептид-ной цепи. При этом отщепляется одна молекула D-аланина и образуется новая пептидная связь [Wise, Park, 1965: Tipper, Strominger, 1965]. Вследствие повторения этого процесса образуется слой муреина.
