Бактериальные протопласты и сферопласты
Протопласты – клетки округлой формы, полностью лишенные остатков клеточной стенки, окруженные только цитоплазматической мембраной. Образуются чаще из (Гр+)
Сферопласты – сохраняются остатки клеточной стенки, обр. из (Гр-)
Можно получить в лаборат. условиях, обрабатывая клетки лизоцимом (=N-ацетилмурамидаза), антибиотиками пенициллинового ряда (пенициллин, ампициллин, карбенициллин) или циклосерином, подавляющим синтез муреина.
Антибиотики и циклосерин действуют только на растущие клетки, нарушая процесс синтеза муреина, препятствуют поперечной сшивке петидогликановых цепей, т.е. образованию пептидных связей.
Также можно использовать фермент эндопептидаза
Лизоцим был открыт Флемингом в 1922 г.
Протопласты и сферопласты стабильно сохраняются в гипер- или изотоническох условиях. сахароза или маннит в конц. 0,1-1 М. В гипотонич.условиях они лопаются и образуют «тени» - остатки цитоплазматич. мембран.
Протопласты и сф. в 3-10 раз крупнее исходных клеток. Они осуществляют обмен веществ, дыхание, синтезируют биополимеры, образуют эндоспоры, если процесс споруляции запущен. Иногда растут и делятся. На них не адсорбируются фаги и бактериоцины. Отсутствуют мезосомы.
При снятии действия фактора, влияющего на образование муреина, протопласты или отмирают, или регенерируют клеточную стенку, могут превращаться в L-формы.
L-формы: бактерии, частично либо полностью лишенные клет.стенки, но сохр. способность к развитию. Впервые обнаружены в Листеровском Институте в Лондоне в культуре бактерий Streptococcus moniliformes.
Возникают спонтанно или индуцировано агентами, блокирующими синтез клет.стенки. Образуются в результате несбалансированного роста нормальных бакт. клеток в толщину и поэтому плейоморфные. 0,2-50 мкм. Проходят через бактериальные фильтры, имеют хорошо развитую систему мезосом, часто содержат крупные вакуоли. Понижен уровень метаболич. активности. Не функционируют нормальные механизмы клеточного деления, делятся с образованием элементарных тел, которые отпочковываются от поверхн.клетки. Бывают стабильные (способны ревертировать в нормальные бакт.клетки) и нестабильные (не способны)
(2)
У L-форм, полученных из грамотрицательных бактерий, внешний слой клеточной стенки продолжает синтезироваться. Это доказывается электронной микроскопией и тем, что у L-форм сохраняются O-антигены и они все еще чувствительны к фагам, которые адсорбируются на внешней мембране.
Пептидогликановый компонент бактериальной оболочки и его сборка
Оболочка клетки растет координировано с процессами роста клетки, это позволяет сохранять жизнеспособность.
2 требования к сборке:
1. Обеспечение изоляции от внешней среды
2. Увеличение в размере.
Это достигается путем вставки определенных строительных блоков во временные бреши и сразу – соединение с соседними блоками
Оболочка многослойная, нижние слои собираются на месте, а вышележащие слои:
- синтез осуществляется внутри клетки
- блоки транспортируются за пределы цитоплазматической мембраны (пример – периплазма, пептидогликан, внешняя мембрана)
Общая схема – цитоплазматическая мембрана – самосборка, путем встраивания новых компонентов преимущ. в районе экваториальной области (например, у E.coli)
Предшественники пептидогликана в виде блоков собираются на вну. поверхности цитопл. мембраны с довеском пентапептидов. С помощью ундекапринола транспортируются в периплазму и встраиваются в существующий пептидоглик. слой, с помощью комплекса гидролаз и синтетаз. Карбоксипептидаза – разрушает существующие поперечные сшивки между молекулами для встраивания новых цепей.
Компоненты строительных блоков активируются нуклеотидтрифосфатами
У (Гр+)бактерий пептидогликан растет изнутри кнаружи. Снаружи – слущивание во внешнюю среду
Тейхоевые кислоты конденсируются тоже на внутренней поверхности цитопл. мембраны.
Структуру пептидогликанового компонента см. выше.
Синтез и встраивание муреина в Пептидогликановый скелет можно разделить на 3 этапа:
В цитоплазме: образуется пентапептид мурамовой кислоты.
Последовательно:
- образуется N-ацетилглюкозамин-1-фосфат
- N-ацетилглюкозамин-1-фосфат присоединяется к UDP (как носитель)
- в ряде последовательных ферментативных реакций образуется лактиловый эфир (т.е. N-ацетилмурамовая кислота, присоединенная к UDP), к нему присоединяются 5 аминокислот (например, L-Ala, D-Glu, L-Lys, D-Ala, D-Ala). Растущая молекула остается связана с UDP
На мембране:
- к пентапетиду присоединяется ундекапренилфосфат, замещая UDP, что делает молекулу липофильной и позволяет ей пройти через мембрану.
- пентапептид мурамовой кислоты связывается с N-ацетилглюкозамином
- к лизину присоединяется 5 остатков глицина
встраивание в пептидогликановый скелет и образование пептидных связей.
трансгликозилазы – рост цепей
транспептидазы – поперечная сшивка. Расщепляется связь между 2 остатками D-аланила, освобождающаяся карбоксильная группа связывается с аминогруппой лизина второго олигопептида, а концевой D-аланин высвобождается.
При встраивании высвобожд. ундекапренилдифосфат, он подверг. гидролизу – ундекапренилмонофосфат используется в следующем цикле. Он также используется при переносе других структурных элементов, например, полисахаридов, липополисахаридов, целлюлозы.
Пенициллин препятствует поперечной сшивке, однако удлинению цепей он не мешает. При действии пенициллина в среду высвобождаются UDP-пентафосфат и несшитые пептидогликановые цепи. (6, с 55)
Рисунок из (7, с 315)
Пенициллин взаимодействует с белками-транспептидазами благодаря своему структурному сходству с пентапетидом, структурным компонентом пептидогликана.
(7)