Peptidoglykán je základnou zložkou bakteriálnej bunkovej steny, ktorá je zodpovedná za pevnosť a tvar bunky. Jeho syntéza zahŕňa komplexnú sériu reakcií, ktoré prebiehajú v cytoplazme a bunkovej membráne a vrcholia tvorbou dlhého polyméru cukrov spojených peptidovými reťazcami. Štruktúra peptidoglykánu je medzi rôznymi bakteriálnymi druhmi vysoko konzervovaná, čo z nej robí dôležitý cieľ pre vývoj antibiotík. Okrem svojej štrukturálnej funkcie hrá peptidoglykán kľúčovú úlohu v bunkovom delení a imunitnej odpovedi hostiteľa. Táto zlúčenina je nevyhnutná pre prežitie a virulenciu mnohých patogénnych baktérií, čo z nej robí sľubný cieľ pre vývoj nových antimikrobiálnych terapií.
Peptidoglykán: objavte jeho zloženie a význam v bunkovej stene baktérií.
O peptidoglykán Je základnou súčasťou bakteriálnej bunkovej steny, zodpovednej za jej tuhosť a pevnosť. Pozostáva zo siete polysacharidov prepojených peptidovými reťazcami. Základné zloženie peptidoglykánu je opakujúci sa reťazec jednotiek N-acetylglukozamínu a N-acetylmurámovej kyseliny, ktoré sú spojené glykozidovými väzbami.
A syntéza Tvorba peptidoglykánov prebieha v cytoplazme bakteriálnej bunky, kde sa syntetizujú prekurzory peptidoglykánov a transportujú sa do plazmatickej membrány. Bunková stena sa tvorí pridaním nových podjednotiek peptidoglykánu, ako bakteriálna bunka rastie a delí sa.
A štruktúru Peptidoglykán je trojrozmerná sieťovina, ktorá obklopuje bakteriálnu plazmatickú membránu, poskytuje ochranu pred osmotickým tlakom a udržiava tvar bunky. Prítomnosť peptidových väzieb medzi polysacharidovými reťazcami dodáva bunkovej stene pevnosť a stabilitu.
Peptidoglykán hrá zásadnú úlohu v ochrana baktérií proti vonkajším činiteľom, ako sú antibiotiká a lytické enzýmy. Okrem toho je dôležitý pri interakcii medzi baktériami a ich prostredím, pretože je nevyhnutný pre adhéziu na povrchy a pre virulenciu určitých bakteriálnych druhov.
Jeho syntéza, štruktúra a funkcie sú nevyhnutné pre prežitie a adaptáciu baktérií v rôznych prostrediach.
Zloženie peptidoglykánu: objavte základné zložky tejto dôležitej bakteriálnej molekuly.
Peptidoglykán je esenciálna molekula v bakteriálnej bunkovej stene, ktorá dodáva bunke pevnosť a tvar. Jeho zloženie je kľúčové pre pochopenie jeho funkcie a významu v bakteriálnom kontexte.
Peptidoglykán sa skladá z dvoch hlavných zložiek: cukrov N-acetylglukozamínu a kyseliny N-acetylmurámovej, ktoré sa striedajú a tvoria dlhý reťazec. Tieto cukry sú navyše spojené s peptidovými reťazcami, čím vytvárajú pevnú a odolnú štruktúru.
Peptidy prítomné v peptidoglykáne sa skladajú z aminokyselín, ktoré molekule dodávajú rozmanitosť a špecifickosť. Tieto peptidy sú zodpovedné za prepojenie medzi cukornými reťazcami a zabezpečujú stabilitu bunkovej steny.
Jeho jedinečné a komplexné zloženie umožňuje baktériám odolávať nepriaznivým podmienkam a zachovať si bunkovú integritu.
7 hlavných štruktúr baktérií: dozviete sa o každej z nich a jej funkcii.
Peptidoglykán je hlavnou zložkou bakteriálnej bunkovej steny. Táto štruktúra je nevyhnutná pre tvar a integritu bakteriálnej bunky, poskytuje osmotickú odolnosť a ochranu pred vonkajšími vplyvmi.
Peptidoglykán sa skladá zo striedajúcich sa cukorných reťazcov spojených peptidovými reťazcami. Tieto reťazce tvoria pevnú sieť okolo bakteriálnej bunky, ktorá jej dodáva tvar a pevnosť. Okrem toho peptidoglykán zohráva dôležitú úlohu aj pri delení buniek a udržiavaní ich integrity.
Os hlavných 7 štruktúr Bakteriálne štruktúry zahŕňajú peptidoglykán, plazmatickú membránu, ribozómy, DNA, bičíky, pily a plazmidy. Každá z týchto štruktúr vykonáva v bakteriálnej bunke špecifické funkcie, ktoré prispievajú k jej prežitiu a reprodukcii.
A syntéza Tvorba peptidoglykánov prebieha vo vnútornej vrstve plazmatickej membrány, kde sa syntetizujú cukorné a peptidové podjednotky a transportujú sa do bunkovej steny. Enzým transpeptidáza je zodpovedný za katalýzu tvorby priečnych väzieb medzi peptidoglykánovými reťazcami, čo im dodáva pevnosť a stabilitu.
Štruktúra peptidoglykánu je medzi rôznymi bakteriálnymi druhmi vysoko konzervovaná, čo z neho robí cieľ pre niekoľko antibiotík, ktoré interferujú s jeho syntézou a degradáciou. Pochopenie mechanizmov syntézy a funkcie peptidoglykánu je kľúčové pre vývoj nových terapeutických stratégií proti bakteriálnym infekciám.
Podrobný návod na správne vykonanie Gramovho farbenia.
Pre správne vykonanie Gramovho farbenia postupujte podľa týchto krokov:
Krok 1: Vzorku upevnite v držiaku vzorky a nechajte ju úplne vyschnúť.
Krok 2: Vzorku na 1 minútu prekryte kryštálovou violeťou a potom premyte vodou.
Krok 3: Pridajte Lugolov roztok na 1 minútu a znova premyte.
Krok 4: Bielte niekoľko sekúnd alkoholom s acetónom a ihneď vyperte.
Krok 5: Pridajte safranín na 30 sekúnd a znova opláchnite.
Krok 6: Pozorujte pod mikroskopom. Grampozitívne baktérie sa budú javiť fialové, zatiaľ čo gramnegatívne baktérie sa budú javiť červené.
O peptidoglykán je základnou súčasťou bakteriálnej bunkovej steny, zodpovednej za jej pevnosť a tvar. Skladá sa z reťazcov peptidy vzájomne prepojené glykánmi, ktoré tvoria pevnú štruktúru.
O peptidoglykán Má niekoľko funkcií, ako je ochrana bunky pred osmotickým tlakom, udržiavanie tvaru bunky a je cieľom antibiotík, ako je penicilín, ktoré narúšajú jeho syntézu.
Peptidoglykán: syntéza, štruktúra, funkcie
Os peptidoglykány sú hlavnými zložkami bakteriálnej bunkovej steny. Sú tiež známe ako „mureínové vaky“ alebo jednoducho „mureín“ a ich vlastnosti rozdeľujú baktérie do dvoch hlavných skupín: gramnegatívne a grampozitívne.
Gramnegatívne baktérie sa odlišujú vrstvou peptidoglykánu medzi vnútornou a vonkajšou bunkovou membránou, zatiaľ čo grampozitívne baktérie majú tiež vrstvu tejto zlúčeniny, ale tá sa nachádza iba na vonkajšej časti plazmatickej membrány.
V gramnegatívnych baktériách zaberá peptidoglykán približne 10 % bunkovej steny, na rozdiel od grampozitívnych baktérií môže peptidoglykánová vrstva zaberať približne 90 % bunkovej steny.
„Sieťová“ štruktúra tvorená molekulami peptidoglykánov je jedným z faktorov, ktoré dávajú baktériám veľkú odolnosť voči vonkajším vplyvom. Ich štruktúra pozostáva z dlhých reťazcov glykánov, ktoré sa spájajú a vytvárajú otvorenú sieť, ktorá pokrýva celú cytozolovú membránu.
Reťazce tejto makromolekuly majú priemernú dĺžku 25 až 40 prepojených disacharidových jednotiek, hoci sa našli bakteriálne druhy, ktoré majú disacharidové reťazce s viac ako 100 jednotkami.
Peptidoglykán sa tiež podieľa na transporte molekúl a látok z intracelulárneho priestoru do extracelulárneho prostredia (povrchu), pretože prekurzorové molekuly tejto zlúčeniny sa syntetizujú vo vnútri cytozolu a exportujú sa von z bunky.
Syntéza peptidoglykánov
Syntéza peptidoglykánov zahŕňa viac ako dvadsať rôznych reakcií, ktoré prebiehajú na troch rôznych miestach v bakteriálnej bunke. Prvá časť procesu je miesto, kde sa tvoria prekurzory peptidoglykánov, a to sa deje v cytozole.
Syntéza lipidových medziproduktov prebieha na vnútornej strane cytozolickej membrány a posledná časť, kde dochádza k polymerácii peptidoglykánov, prebieha v periplazmatickom priestore.
proces
Prekurzory uridín-N-acetylglukozamínu a kyseliny uridín-N-acetylmurámovej sa tvoria v cytoplazme z fruktóza-6-fosfátu a prostredníctvom reakcií katalyzovaných tromi transpeptidázovými enzýmami pôsobiacimi postupne.
Zostavenie pentapeptidových reťazcov (L-alanín-D-glutamín-kyselina diaminopimelová-D-alanín-D-alanín) sa vytvára postupne pôsobením ligázových enzýmov, ktoré postupne pridávajú aminokyselinu alanín, zvyšok D-glutamínu, ďalšiu kyselinu diaminopimelovú a ďalší dipeptid D-alanín-D-alanín.
Integrálny membránový proteín nazývaný fosfo-N-acetylmuramylénpentapeptid transferáza, ktorý sa nachádza na vnútornej strane, katalyzuje prvý krok membránovej syntézy. Ten prenáša kyselinu uridín-N-acetylmuramovú z cytoplazmy na baktoprenol (lipid alebo hydrofóbny alkohol).
Baktoprenol je transportér spojený s vnútorným povrchom bunkovej membrány. Keď sa kyselina uridín-N-acetylmuramová viaže na baktoprenol, vytvorí sa komplex známy ako lipid I. Transferáza potom pridá druhú molekulu, pentapeptid, a druhý komplex známy ako lipid II.
Lipid II sa potom skladá z uridín-N-acetylglukozamínu, uridín-N-acetylmurámovej kyseliny, L-alanínu, D-glukózy, kyseliny diaminopimelovej a dipeptidu D-alanín-D-alanínu. Týmto spôsobom sa prekurzory nakoniec zabudujú do makromolekulárneho peptidoglykánu zvonku bunky.
Transport lipidu II z vnútornej strany do vnútornej strany cytoplazmy je posledným krokom syntézy a je katalyzovaný enzýmom „myšia flipáza“, ktorý je zodpovedný za začlenenie novo syntetizovanej molekuly do extracelulárneho priestoru, kde kryštalizuje.
Štruktúra
Peptidoglykán je heteropolymér zložený z dlhých sacharidových reťazcov zosieťovaných krátkymi peptidovými reťazcami. Táto makromolekula pokrýva celý vonkajší povrch bakteriálnej bunky a má tvar integrálnej „pevnej siete“, ale vyznačuje sa vysokou elasticitou.
Sacharidové reťazce alebo sacharidy sa tvoria opakujúcimi sa disacharidmi, ktoré striedavo obsahujú aminocukry, ako je N-acetylglukozamín a kyselina N-acetylmurámová.
Každý disacharid je s ostatnými spojený prostredníctvom glykozidickej väzby β(1-4), ktorá vzniká v periplazmatickom priestore pôsobením enzýmu transglykozylázy. Medzi gramnegatívnymi a grampozitívnymi baktériami existujú rozdiely v poradí zložiek, ktoré tvoria peptidoglykán.
Peptidoglykán má vo svojej štruktúre D-laktylovú skupinu viazanú na kyselinu N-acetylmurámovú, ktorá umožňuje kovalentné ukotvenie krátkych peptidových reťazcov (zvyčajne s dvoma až piatimi aminokyselinami) prostredníctvom amidovej väzby.
Zostavenie tejto štruktúry prebieha v cytoplazme bunky počas prvej fázy biosyntézy peptidoglykánov. Všetky vytvorené peptidové reťazce majú aminokyseliny v konfiguráciách D a L, ktoré sú syntetizované racemázovými enzýmami z L alebo D formy zodpovedajúcej aminokyseliny.
Všetky peptidoglykánové reťazce majú aspoň jednu aminokyselinu s dvojsýtnymi charakteristikami, pretože to umožňuje vytvorenie siete a prepojenie medzi susednými reťazcami bunkovej steny.
Zdroje
Peptidoglykán má pre bakteriálne bunky najmenej 5 hlavných funkcií, a to:
– Chránia integritu buniek pred vnútornými a/alebo vonkajšími zmenami osmotického tlaku, čo umožňuje baktériám odolávať extrémnym teplotným zmenám a prežiť v hypotonickom a hypertonickom prostredí v porovnaní s ich vnútrom.
– Chráni bakteriálnu bunku pred napadnutím patogénmi: pevná peptidoglykánová sieť predstavuje fyzickú bariéru, ktorú je pre mnohé vonkajšie infekčné agensy ťažké prekonať.
– Zachováva bunkovú morfológiu: Mnohé baktérie využívajú svoju špecifickú morfológiu na získanie väčšej povrchovej plochy a následne získavajú väčšie množstvo prvkov zapojených do ich metabolizmu na výrobu energie. Mnohé baktérie žijú pod neuveriteľným vonkajším tlakom a zachovanie ich morfológie je nevyhnutné pre prežitie v takýchto podmienkach.
– Pôsobí ako opora pre mnohé štruktúry ukotvené v bakteriálnej bunkovej stene. Mnohé štruktúry, ako napríklad riasinky, vyžadujú pevné ukotvenie v bunke, ale zároveň ponúkajú schopnosť pohybu v extracelulárnom prostredí. Ukotvenie v bunkovej stene umožňuje riasinkám túto špecifickú mobilitu.
– Reguluje rast a delenie buniek. Pevná štruktúra bunkovej steny pôsobí ako bariéra proti expanzii buniek a obmedzuje ich na určitý objem. Reguluje tiež delenie buniek a zabezpečuje, aby k nemu nedochádzalo náhodne v celej bunke, ale aby prebiehalo v určitom bode.
Referencie
- Helal, AM, Sayed, AM, Omara, M., Elsebaei, MM a Mayhoub, AS (2019). Peptidoglykánové dráhy: existuje ich ešte viac. RSC advances, 9 (48), 28171–28185.
- Quintela, J., Caparrós, M., & de Pedro, M. A. (1995). Variabilita štruktúrnych parametrov peptidoglykánu v gramnegatívnych baktériách. FEMS mikrobiologické listy, 125 (1), 95-100.
- Rogers, H. J. (1974). Peptidoglykány (muropeptidy): štruktúra, funkcia a variácie. Annals of the New York Academy of Sciences, 235 (1), 29–51.
- Vollmer, W. (2015). Peptidoglykán. In Molekulárna lekárska mikrobiológia (s. 105 – 124). Academic Press.
- Waldemar Vollmer, Bernard Joris, Paulette Charlier, Simon Foster, Bakteriálne peptidoglykánové (mureínové) hydrolázy, FEMS Microbiology Reviews, zväzok 32, číslo 2, marec 2, strany 2008–259.