Peptidoglikán szerkezet, bioszintézis és funkció

Peptidoglikán Szerkezete

A peptidoglikán (PGN) alapszerkezete N-acetilglükózamin (GlcNAc) és N-acetil-muraminsav váltakozó egységeiből álló szénhidrát gerincet tartalmaz, az N-acetil-muraminsav-maradékok peptidekké keresztkötődnek. A peptidoglikán biztosítja a sejtfal merevségét; a Gram-pozitív baktériumok sejtfalai akár 40 réteg peptidoglikánt is tartalmazhatnak, ami jelentős mechanikai szilárdságot biztosít.¹

Szerkezetileg a baktériumok hasonlítanak a primitív növényekhez, mivel a sejtek tartalmát egy belső plazmamembrán és a Gram-negatív baktériumoknál egy külső lipidduplerréteg mellett egy belső peptidoglikán sejtfal veszi körül (1. ábra). A Gram-negatív baktériumokban a peptidoglikánok a sejtfal száraz tömegének mintegy 10%-át teszik ki; míg a Gram-pozitív baktériumokban a vastagabb peptidoglikán réteg a sejtfal száraz tömegének mintegy 20%-át tartalmazza. Bár a peptidoglikán felelős a baktériumsejtek mechanikai szilárdságáért és alakjáért, elegendő plaszticitással és dinamikus cserélődéssel rendelkezik ahhoz, hogy lehetővé tegye a sejtek növekedését és osztódását.

1. ábra. A bakteriális peptidoglikán alapvető szerkezete és a Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok sejtfalszerkezete.

Peptidoglikán Bioszintézis és lebontás

A peptidoglikán bioszintetikus útja a citoplazmában kezdődik egy D-Ala-D-Ala végpontot tartalmazó muramil peptpeptid prekurzor szintézisével. Az L-Alanint racemáz alakítja át D-alaninná, majd a D-Ala-D-Ala ligáz a D-Alanil-D-alanin összeszerelését végzi. A citoplazmában a muramil-pentapeptid prekurzor egy vízoldható UDP-glükózamin-részen keresztül rögzül. A peptidoglikán felépítésének második fázisában a muramil-pentapeptid N-acetilglükozaminja az UMP felszabadulásával egy C₅₅ undekaprenil-foszfátra kerül át, és egy Lipid I intermedier képződik. Egy további glikozilációs lépés teszi teljessé a peptidoglikán egységet, amely ezután a C₅₅ lipidfarkán keresztül a membrán külső periplazmatikus felületére kerül, ahol a peptidoglikán egység beépül a sejtfal mátrixába. Számos transzpeptidáz és transzglikoziláz kapcsolja az újonnan képződött peptidoglikán struktúrákat a sejtfal peptidoglikán mátrixához.

A peptidoglikán bioszintézis gátlói antibiotikumként hatnak, mivel egymás után a peptidoglikán elvesztéséhez, a sejtfal integritásának elvesztéséhez és lízishez vezetnek. A peptidoglikán lebontását glikozidázok, peptidázok és amidázok katalizálják, beleértve a sejtfalak lebontására általánosan használt lizáló enzimeket, mint például a lizozim.

A β-laktám szerkezetet tartalmazó specifikus antibakteriális vegyületek, mint például a penicillin, beavatkoznak a sejtfal szintézisébe, gyengítik a peptidoglikán vázat a baktérium falán belül, így a szerkezeti integritás végül megbomlik. Mivel az emlősök sejtjei plazmamembránnal rendelkeznek, de hiányzik a peptidoglikán falszerkezet, az antibakteriális szerek ezen osztálya szelektíven célozza meg a baktériumokat, anélkül, hogy jelentős negatív hatást gyakorolna az emlős gazdaszervezet sejtjeire. A β-laktám antibakteriális szerek specifitása a D-alanyl-D-alanin csoporthoz való szerkezeti hasonlóságuknak köszönhető, ami lehetővé teszi számukra, hogy versenyezzenek a transzpeptidázok kötőhelyeiért és megakadályozzák a peptidoglikán rétegek felépülését mind a Gram-pozitív, mind a Gram-negatív baktériumokban.

Peptidoglikán Funkciók

Az elsődleges immunfelismerés a betolakodó kórokozók közös struktúráin alapul. Az olyan felszíni molekulák, mint a lipopoliszacharid (LPS), a peptidoglikánok és a peptidoglikán felismerő fehérje (PGRP) ismertek arról, hogy citokin felszabadulástól a lázig terjedő immunreakciókat váltanak ki.2-4 A peptidoglikánok aktiválják az emlőssejtekben jelen lévő Toll-like receptor 2-t (TLR2), és felhasználhatók a limfociták stimulálására. A peptidoglikánok a Poly(I:C) antagonistáiként is működnek.⁵ A peptidoglikánok felhasználhatók a lizáló enzimek, például a liztikáz aktivitásának becslésére.⁶

Hivatkozások

1. Stewart-Tull DES. 1980. The Immunological Activities of Bacterial Peptidoglycans. Annu. Rev. Microbiol.. 34(1):311-340. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.34.100180.001523

2. Schleifer K, Kandler O. 1972. Peptidoglycan types of bacterial cell walls and their taxonomic implications. Bacteriological reviews.

3. Wheat LJ, Wilkinson BJ, Kohler RB, White AC. 1983. Antibody Response to Peptidoglycan During Staphylococcal Infections. Journal of Infectious Diseases. 147(1):16-22. https://doi.org/10.1093/infdis/147.1.16

4. Doyle , Susmsman M. 2001. in Molecular Medical Microbiology. 137‑153. Academic Press.

5. Alexopoulou L, Holt AC, Medzhitov R, Flavell RA. 2001. Recognition of double-stranded RNA and activation of NF-?B by Toll-like receptor 3. Nature. 413(6857):732-738. https://doi.org/10.1038/35099560

6. Zhou R, Chen S, Recsei P. 1988. A dye release assay for determination of lysostaphin activity. Analytical Biochemistry. 171(1):141-144. https://doi.org/10.1016/0003-2697(88)90134-0