פפטידוגליקן הוא מרכיב חיוני בדופן התא של חיידקים, האחראי על הענקת חוזק וצורה לתא. הסינתזה שלו כוללת סדרה מורכבת של תגובות המתרחשות בציטופלזמה ובקרום התא, ומגיעות לשיאן ביצירת פולימר ארוך של סוכרים המקושרים על ידי שרשראות פפטידיות. מבנה הפפטידוגליקן שמור מאוד בין מיני חיידקים שונים, מה שהופך אותו למטרה חשובה לפיתוח אנטיביוטיקה. בנוסף לתפקודו המבני, פפטידוגליקן ממלא תפקיד מכריע בחלוקת התא ובתגובה החיסונית של המארח. תרכובת זו חיונית להישרדותם ולאלימותם של חיידקים פתוגניים רבים, מה שהופך אותה למטרה מבטיחה לפיתוח טיפולים אנטי-מיקרוביאליים חדשים.
פפטידוגליקן: גלה את הרכבו וחשיבותו בדופן התא של חיידקים.
O פפטידוגליקן זהו מרכיב חיוני בדופן התא של החיידק, האחראי על קשיחותו וחוזקו. הוא מורכב מרשת של פוליסכרידים המחוברים זה לזה באמצעות שרשראות פפטידיות. ההרכב הבסיסי של פפטידוגליקן הוא שרשרת חוזרת של יחידות N-אצטילגלוקוזאמין וחומצה N-אצטילמורמית, המקושרות באמצעות קשרים גליקוזידיים.
A סִינתֶזָה היווצרות פפטידוגליקן מתרחשת בציטופלזמה של תאי החיידק, שם מסונתזים קודמי פפטידוגליקן ומועברים לממברנת התא. היווצרות דופן התא מתרחשת באמצעות הוספת תת-יחידות פפטידוגליקן חדשות ככל שהתא החיידקי גדל ומתחלק.
A מִבְנֶה פפטידוגליקן הוא רשת תלת-ממדית המקיפה את קרום הפלזמה של החיידק, ומספקת הגנה מפני לחץ אוסמוטי ושומרת על צורת התא. נוכחותם של קשרי פפטיד בין שרשראות הפוליסכריד מעניקות לדופן התא חוזק ויציבות.
לפפטידוגליקן תפקיד מהותי ב הגנה של חיידקים כנגד גורמים חיצוניים, כגון אנטיביוטיקה ואנזימים ליטיים. יתר על כן, הוא חשוב באינטראקציה בין חיידקים לסביבתם, בהיותו חיוני להידבקות למשטחים ולאלימותם של מיני חיידקים מסוימים.
הסינתזה, המבנה והתפקודים שלו חיוניים להישרדות ולהסתגלות של חיידקים בסביבות שונות.
הרכב הפפטידוגליקן: גלו את המרכיבים החיוניים של מולקולת חיידק חשובה זו.
פפטידוגליקן הוא מולקולה חיונית בדופן התא של החיידק, המעניקה לו חוזק וצורה. הרכבו חיוני להבנת תפקידו וחשיבותו בהקשר החיידקי.
פפטידוגליקן מורכב משני מרכיבים עיקריים: הסוכרים N-אצטילגלוקוזאמין וחומצה N-אצטילמורמית, אשר מתחלפים ויוצרים שרשרת ארוכה. יתר על כן, סוכרים אלה קשורים לשרשראות פפטידיות, ויוצרים מבנה קשיח ועמיד.
הפפטידים המצויים בפפטידוגליקן מורכבים מחומצות אמינו, המעניקות למולקולה גיוון וספציפיות. פפטידים אלה אחראים על החיבור בין שרשראות הסוכר, ומבטיחים את יציבות דופן התא.
ההרכב הייחודי והמורכב שלו מאפשר לחיידקים לעמוד בתנאים קשים ולשמור על שלמות התאית שלהם.
7 מבנים עיקריים של חיידקים: למד על כל אחד מהם ותפקידו.
פפטידוגליקן הוא מרכיב עיקרי בדופן התא של החיידק. מבנה זה חיוני לצורה ולשלמות התא החיידקי, ומספק עמידות אוסמוטית והגנה מפני גורמים חיצוניים.
פפטידוגליקן מורכב משרשראות סוכר מתחלפות המחוברות זו לזו על ידי שרשראות פפטידיות. שרשראות אלו יוצרות רשת נוקשה סביב תא החיידק, ומעניקות לו צורה וחוזק. יתר על כן, פפטידוגליקן ממלא תפקיד חשוב גם בחלוקת התא ובשמירה על שלמות התא.
Os 7 מבנים עיקריים מבנים חיידקיים כוללים פפטידוגליקן, קרום הפלזמה, ריבוזומים, DNA, שוטונים, פילי ופלסמידים. כל אחד מהמבנים הללו מבצע פונקציות ספציפיות בתא החיידקי, ותורם להישרדותו ולרבייתו.
A סִינתֶזָה היווצרות פפטידוגליקן מתרחשת בשכבה הפנימית של קרום התא, שם מסונתזות תת-יחידות של סוכר ופפטיד ומועברות לדופן התא. האנזים טרנספפטידאז אחראי על קטליזציה של היווצרות קשרי צילוב בין שרשראות פפטידוגליקן, מה שמעניק לו חוזק ויציבות.
המבנה של פפטידוגליקן שמור מאוד בין מיני חיידקים שונים, מה שהופך אותו למטרה עבור מספר אנטיביוטיקה המפריעות לסינתזה ולפירוק שלו. הבנת מנגנוני הסינתזה והתפקוד של פפטידוגליקן חיונית לפיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשות כנגד זיהומים חיידקיים.
מדריך שלב אחר שלב לביצוע נכון של צביעת גראם.
כדי לבצע צביעת גראם בצורה נכונה, יש לבצע את השלבים הבאים:
שלב 1: תקן את הדגימה במחזיק הדגימה ואפשר לה להתייבש לחלוטין.
שלב 2: כסו את הדגימה בצבע ויולט קריסטל למשך דקה אחת ולאחר מכן שטפו במים.
שלב 3: הוסיפו לוגול למשך דקה ושוטפים שוב.
שלב 4: יש להלבין עם אלכוהול-אצטון למשך מספר שניות ולשטוף מיד.
שלב 5: הוסיפו ספרנין למשך 30 שניות ושטפו שוב.
שלב 6: התבוננו תחת מיקרוסקופ. חיידקים גראם-חיוביים ייראו סגולים, בעוד שחיידקים גראם-שליליים ייראו אדומים.
O פפטידוגליקן הוא מרכיב חיוני בדופן התא של החיידק, האחראי על חוזקו וצורתו. הוא מורכב משרשראות של פפטידים מחוברים זה לזה באמצעות גליקנים, ויוצרים מבנה קשיח.
O פפטידוגליקן יש לו מספר תפקידים, כגון הגנה על התא מפני לחץ אוסמוטי, שמירה על צורת התא והיותו מטרה לאנטיביוטיקה כמו פניצילין, אשר מפריעת לסינתזה שלו.
פפטידוגליקן: סינתזה, מבנה, פונקציות
Os פפטידוגליקנים הם המרכיבים העיקריים של דופן התא של החיידק. הם ידועים גם בשם "שקיות מורין" או פשוט "מורין", ומאפייניהם מחלקים חיידקים לשתי קבוצות עיקריות: גראם-שליליים וגראם-חיוביים.
חיידקים גראם-שליליים נבדלים זה מזה מכיוון שיש להם שכבה של פפטידוגליקן בין קרום התא הפנימי והחיצוני שלהם, בעוד שגם לחיידקים גראם-חיוביים יש שכבה של תרכובת זו, אך היא ממוקמת רק בחלק החיצוני של קרום התא.
בחיידקים גרם-שליליים, פפטידוגליקן תופס כ-10% מדופן התא, בניגוד לחיידקים גרם-חיוביים, שכבת הפפטידוגליקן יכולה לתפוס כ-90% מדופן התא.
מבנה ה"רשת" שנוצר על ידי מולקולות פפטידוגליקן הוא אחד הגורמים המעניקים לחיידקים עמידות רבה בפני גורמים חיצוניים. המבנה שלהם מורכב משרשראות ארוכות של גליקנים המתחברות יחד ויוצרות רשת פתוחה המכסה את כל קרום הציטוזול.
לשרשראות של מקרומולקולה זו יש אורך ממוצע של 25 עד 40 יחידות דו-סוכר מקושרות, אם כי נמצאו מיני חיידקים בעלי שרשראות דו-סוכר של יותר מ-100 יחידות.
פפטידוגליקן משתתף גם בהובלת מולקולות וחומרים מהחלל התוך-תאי לסביבה החוץ-תאית (פני השטח), שכן מולקולות הקודמן של תרכובת זו מסונתזות בתוך הציטוזול ומיוצאות אל מחוץ לתא.
סינתזת פפטידוגליקן
סינתזת פפטידוגליקן כוללת יותר מעשרים תגובות שונות, המתרחשות בשלושה מיקומים שונים בתא החיידקי. החלק הראשון של התהליך הוא בו נוצרים קודמי פפטידוגליקן, וזה מתרחש בציטוזול.
הסינתזה של תוצרי ביניים ליפידים מתרחשת על הפנים הפנימיות של הממברנה הציטוזולית והחלק האחרון, שבו מתרחשת פולימריזציה של פפטידוגליקנים, מתרחשת בחלל הפריפלזמי.
תהליך
חומרים קודמנים של אורידין-N-אצטילגלוקוזאמין וחומצה אורידין-N-אצטילמורמית נוצרים בציטופלזמה מפרוקטוזה-6-פוספט ובאמצעות תגובות המזורזות על ידי שלושה אנזימי טרנספפטידאז הפועלים ברצף.
הרכבת שרשראות הפנטפפטידים (L-אלנין-D-גלוטמין-חומצה דיאמינופימלית-D-אלנין-D-אלנין) מתבצעת בשלבים על ידי פעולת אנזימי ליגאז אשר מוסיפים בהדרגה את חומצת האמינו אלנין, שארית D-גלוטמין, חומצה דיאמינופימלית נוספת ודיפפטיד נוסף D-אלנין-D-אלנין.
חלבון קרום אינטגרלי בשם phospho-N-acetylmuramylenepentapeptide transferase, הממוקם בצד הפנימי, מזרז את השלב הראשון של סינתזת הממברנה. תהליך זה מעביר חומצה אורידין-N-acetylmuramic מהציטופלזמה לבקטופרנול (ליפיד או אלכוהול הידרופובי).
בקטופרנול הוא טרנספורטר הקשור למשטח הפנימי של קרום התא. כאשר חומצה אורידין-N-אצטילמורמית נקשרת לבקטופרנול, נוצר קומפלקס המכונה ליפיד I. לאחר מכן, טרנספראז מוסיף מולקולה שנייה, פנטפפטיד, וקומפלקס שני המכונה ליפיד II.
ליפיד II מורכב לאחר מכן מאורידין-N-אצטילגלוקוזאמין, אורידין-N-אצטילמורמי, L-אלנין, D-גלוקוז, חומצה דיאמינופימלית והדיפפטיד D-אלנין-D-אלנין. לבסוף, באופן זה, החומרים המקדימים משולבים בפפטידוגליקן המקרומולקולרי מחוץ לתא.
הובלת הליפיד II מהצד הפנימי לצד הפנימי של הציטופלזמה היא השלב האחרון בסינתזה והוא מזורז על ידי אנזים "murine flippase", האחראי על שילוב המולקולה המסונתזת החדשה בחלל החוץ-תאי שם היא תתגבש.
אסטרוטורה
פפטידוגליקן הוא הטרופולימר המורכב משרשראות פחמימות ארוכות המקושרות עם שרשראות פפטיד קצרות. מקרומולקולה זו מכסה את כל המשטח החיצוני של תא החיידק, בעלת צורת "רשת מוצקה" אינטגרלית, אך מאופיינת בגמישות גבוהה.
שרשראות פחמימות או פחמימות נוצרות על ידי דו-סוכרים חוזרים המכילים לסירוגין סוכרי אמינו כגון N-אצטילגלוקוזאמין וחומצה N-אצטילמורמית.
כל דו-סוכר קשור לשני באמצעות קשר גליקוזידי β(1-4), הנוצר בחלל הפריפלזמי על ידי פעולתו של אנזים טרנסגליקוזילאז. בין חיידקים גרם-שליליים לגרם-חיוביים, ישנם הבדלים בסדר הרכיבים המרכיבים את הפפטידוגליקן.
לפפטידוגליקן במבנה שלו קבוצת D-לקטיל הקשורה לחומצה N-אצטילמורמית, המאפשרת עיגון קוולנטי של שרשראות פפטידיות קצרות (בדרך כלל עם שתיים עד חמש חומצות אמינו) באמצעות קשר אמיד.
הרכבת מבנה זה מתרחשת בציטופלזמה של התא במהלך השלב הראשון של ביוסינתזה של פפטידוגליקן. כל שרשראות הפפטידים הנוצרות מכילות חומצות אמינו בתצורות D ו-L, אשר מסונתזות על ידי אנזימי רסמאז מצורת L או D של חומצת האמינו המתאימה.
לכל שרשראות הפפטידוגליקן יש לפחות חומצת אמינו אחת בעלת מאפיינים דו-בסיסיים, שכן זה מאפשר לרשת להיווצר ולהתחבר בין שרשראות סמוכות של דופן התא.
Recursos
לפפטידוגליקן יש לפחות 5 תפקידים עיקריים עבור תאי חיידקים, כלומר:
– הגנה על שלמות התאים מפני שינויים פנימיים ו/או חיצוניים בלחץ האוסמוטי, מה שמאפשר לחיידקים לעמוד בשינויי טמפרטורה קיצוניים ולשרוד בסביבות היפוטוניות והיפרטוניות ביחס לפנים התאים.
– להגן על התא החיידקי מפני התקפת פתוגנים: רשת הפפטידוגליקנים הנוקשה מהווה מחסום פיזי שקשה להתגבר עליו עבור גורמים זיהומיים חיצוניים רבים.
– שומר על מורפולוגיה תאית: חיידקים רבים מנצלים את המורפולוגיה הספציפית שלהם כדי לצבור שטח פנים גדול יותר, ובתורם, רוכשים כמות גדולה יותר של היסודות המעורבים בחילוף החומרים שלהם כדי לייצר אנרגיה. חיידקים רבים חיים תחת לחצים חיצוניים אדירים, ושמירה על המורפולוגיה שלהם חיונית להישרדות בתנאים כאלה.
– משמש כתמיכה למבנים רבים המעוגנים לדופן התא של החיידק. מבנים רבים, כמו ריסים, דורשים עוגן איתן בתא אך מציעים גם את היכולת לנוע בסביבה החוץ-תאית. עיגון בתוך דופן התא מאפשר לריסים ניידות ספציפית זו.
– מווסת את צמיחת התאים וחלוקתם. המבנה הנוקשה של דופן התא משמש כמחסום להתפשטות התא, ומגביל אותה לנפח מסוים. הוא גם מווסת את חלוקת התא, ומבטיח שהיא לא תתרחש באופן אקראי בכל התא, אלא בנקודה ספציפית.
הפניות
- Helal, AM, Sayed, AM, Omara, M., Elsebaei, MM and Mayhoub, AS (2019). מסלולי פפטידוגליקן: יש עוד. RSC advances, 9 (48), 28171–28185.
- Quintela, J., Caparros, M., & de Pedro, M.A. (1995). שונות של פרמטרים מבניים פפטידוגליקן בחיידקים גרם שליליים. מכתבי מיקרוביולוגיה של FEMS, 125 (1), 95-100.
- רוג'רס, ה. ג'. (1974). פפטידוגליקנים (מורופפטידים): מבנה, תפקוד ווריאציות. כתב העת של האקדמיה למדעים של ניו יורק, 235 (1), 29–51.
- וולמר, וו. (2015). פפטידוגליקן. בתוך מיקרוביולוגיה רפואית מולקולרית (עמ' 105-124). הוצאת אקדמית.
- ולדמר וולמר, ברנרד יוריס, פאולט צ'רלייר, סיימון פוסטר, הידרולאזות פפטידוגליקן חיידקי (מוראין), FEMS Microbiology Reviews, כרך 32, גיליון 2, מרץ 2, עמודים 2008–259.