Information

Hur hjälper peptidoglykanlagret i en bakteriecellvägg till att förhindra osmotisk lys?

Hur hjälper peptidoglykanlagret i en bakteriecellvägg till att förhindra osmotisk lys?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jag läste nyligen att penicillin fungerar genom att skada peptidoglykanlagren i en bakteriecellvägg och orsaka osmotisk lysis, vilket är när bakteriecellen spricker på grund av osmotiskt tryck.

Jag skulle bara vilja veta hur peptidoglykan förhindrar detta. Tack för alla svar!


Peptidoglykan bildas genom att binda molekyler av NAM (N-acetylmuraminsyra) och NAG (N-acetylglukosamin) till en polysackaridstruktur. Många av dessa strukturer formas sedan till ett gitter av korsbryggor av polypeptider. I gram + bakteriecellväggar är många lager av detta gitter staplade och bildar en stel struktur, som är utanför plasmamembranet, och ger mer motstånd mot osmotisk lys än vad plasmamembranet ensamt har.

Penicillin stör den slutliga länkningen av peptidkorsbryggorna vilket resulterar i en svagare cellvägg som gör det mer sannolikt att cellen kommer att genomgå osmotisk lysis.

Gram - bakteriecellväggar är helt annorlunda än gram + cellväggar. De innehåller visserligen peptidoglykan men peptidoglykanskiktet är tunnare - bara ett eller mycket få lager av peptidoglykan med vissa strukturella skillnader också. Därför är gram - bakteriecellväggar svagare än gram + bakteriecellsväggar.

"Microbiology, an introduction" Tortora, Funke och Case 11:e upplagan sid 84-86


Bakterien har alltid ett högre inre osmotiskt tryck (de innehåller mycket grejer, och för det mesta mycket mer grejer än omgivningen). Detta tryck hålls av membranet och cellväggen, och när du förstör cellväggen är membranet inte tillräckligt starkt och bakterien kommer att spilla ut sina tarmar.


Hur hjälper peptidoglykanlagret i en bakteriecellvägg till att förhindra osmotisk lys? - Biologi

Kom ihåg egenskaperna hos en bakteriecellvägg

Viktiga takeaways

Nyckelord

  • En cellvägg är ett skikt utanför cellmembranet som finns i växter, svampar, bakterier, alger och arkéer.
  • En peptidoglykancellvägg som består av disackarider och aminosyror ger bakterier strukturellt stöd.
  • Bakteriecellväggen är ofta ett mål för antibiotikabehandling.

Nyckelbegrepp

  • binär fission: Processen där en cell delar sig asexuellt för att producera två dotterceller.

Bakterieceller saknar en membranbunden kärna. Deras genetiska material är naket i cytoplasman. Ribosomer är deras enda typ av organeller. Termen “nukleoid” hänvisar till den region av cytoplasman där kromosomalt DNA finns, vanligtvis en singulär, cirkulär kromosom. Bakterier är vanligtvis encelliga, förutom när de finns i kolonier. Dessa förfäders celler förökar sig med hjälp av binär klyvning, duplicerar sitt genetiska material och delar sig sedan i huvudsak för att bilda två dotterceller som är identiska med föräldern. En vägg placerad utanför cellmembranet ger cellen stöd och skydd mot mekanisk påfrestning eller skada från osmotisk bristning och lys. Huvudkomponenten i bakteriecellväggen är peptidoglykan eller murein. Denna stela struktur av peptidoglykan, specifik endast för prokaryoter, ger cellen form och omger det cytoplasmatiska membranet. Peptidoglykan är en enorm polymer av disackarider (glykan) tvärbundna av korta kedjor av identiska aminosyror (peptider) monomerer. Ryggraden i peptidoglykanmolekylen är sammansatt av två derivat av glukos: N-acetylglukosamin (NAG) och N-acetlymuraminsyra (NAM) med en pentapeptid som kommer från NAM och varierar något mellan bakterier. NAG- och NAM-strängarna syntetiseras i bakteriens cytosol. De är förbundna med inter-peptidbroar. De transporteras över det cytoplasmatiska membranet av en bärarmolekyl som kallas baktoprenol. Från peptidoglykanen och inåt är alla bakterieceller väldigt lika. Om man går längre ut delar sig bakterievärlden i två huvudklasser: Gram positiv (Gram +) och Gram negativ (Gram -). Cellväggen tillhandahåller viktiga ligander för vidhäftning och receptorställen för virus eller antibiotika.

Bakteriecellvägg: Anatomin av bakteriell cellstruktur.


Struktur och funktion


Peptidoglykanskiktet är beläget i bakteriens cellvägg, bestående av kedjor av två alternerande aminosocker, N-acetylglukosamin (ett amidderivat av monosackariden glukos) och N-acetylmuraminsyra (en kombination av N-acetylglukosamin och fosfoenolpyruvat). Aminosocker är sammanlänkade av Teichoic syror, som är kedjor av fosfodiester-kopplad glycerol eller ribitol. Ώ] Parallella kedjor av aminosocker kan också kopplas samman med korsbryggor gjorda av förlängningar av peptider för att bilda tetrapeptider, med m-Diaminopimelinsyra som binder D-Alanin. Β]


Peptidoglycan sacculi tvärbundna av peptider bildar en sluten, säckformad struktur som omger det cytoplasmatiska membranet. Peptidoglycan sacculi har renats från Escherichia coli genom inkubation med kokande 4% natriumdodecylsulfat. Γ] Medan en bakteriecell innehåller ett betydande antal olika typer av molekyler, finns det bara en peptidoglykanmolekyl i varje bakteriecell, vilket bidrar till 0,8 % av massan av hela cellen i gramnegativa bakterier. Ώ]


Innehållet av peptidoglykan sacculi kan vara olika bland bakteriearter. I grampositiva bakterier, såsom Staphylococcus aureus, är tetrapeptidkorsbryggorna gjorda av L-alanin, D-glutamin, L-lysin och D-alanin. Hos gramnegativa bakterier, å andra sidan, består korsbryggorna av L-alanin, D-glutaminsyra, m-diaminopimelinsyra och D-alanin. Gram-positiva bakterier har vanligtvis många lager (3-20) av peptidoglykankedjor utanför det cytoplasmatiska membranet, medan gramnegativa bakterier ofta har ett eller två lager av peptidoglykan mellan det inre och yttre membranet. Ώ]


Peptidoglykan spelar en avgörande roll för bakteriers överlevnad och reproduktion. Det är huvudkomponenten i bakteriecellsväggen och bildar en stark nätliknande struktur som bibehåller cellens form. Eftersom bakterier är encelliga organismer är det extremt viktigt att skydda den enda cellen från omgivningen. När bakterierna upplever en betydande osmotisk tryckskillnad över cellmembranet, kan cellhöljet hindra cellen från att krympa eller expandera för mycket så att den lyser och dör. Δ]


Peptidoglykan är också förknippat med binär fission, en reproduktionsprocess där en bakterie delar sig i två bakterier. För att framgångsrikt dela en cell i två måste peptidoglykanen växa när bakterien förlängs och snabbt omsluta båda cellerna efter delning så att båda avkommacellerna har fullständiga cellhöljen. Ε]


Mångfald av peptidoglykan

Peptidoglykan är det yttersta cellväggsskiktet av grampositiva bakterier. I gramnegativa bakterier finns ytterligare lager utanför detta stela lager, som kallas lipopolysackarid. Peptidoglykanskiktet är mycket tjockare hos grampositiva än hos gramnegativa bakterier. I grampositiva bakterier är så mycket som 90 % av cellväggen peptidoglykan, medan det i gramnegativa bakterier bara är cirka 10 %.

Många grampositiva bakterier har också teikosyra och lipoteikoinsyra som är polymerer av antingen glycerolfosfat eller ribitolfosfat. Lipoteikosyra penetrerar peptidoglykanskiktet och är kovalent kopplad till lipiden i det cytoplasmatiska membranet, medan teichoinsyror mestadels förankras till muraminsyran i peptidoglykanen.


ALLMÄN VERKNINGSMEKANISM FÖR ANTIBIOTIKA

Antibiotika används för att behandla infektioner orsakade av sjukdomsframkallande mikroorganismer (t.ex. patogena bakterier). Majoriteten av dem utövar en mycket selektiv toxisk verkan på sina målmikrobiella celler men har liten eller ingen toxicitet mot däggdjursceller. Dessa antibiotika kan därför administreras i tillräckligt koncentrationer för att döda eller hämma tillväxten av infekterande organismer utan att skada däggdjursceller. De sätt på vilka dessa antibiotika utövar sina antibakteriella aktiviteter på sina målmikrober in vivo utan att nödvändigtvis skada värden (patienten) som tar drogen kallas "Antibiotikas verkningsmekanism". Den avslöjar och förklarar logiken bakom den selektiva toxiciteten hos antibiotika och hur de stoppar bakteriers giftiga effekter.

Selektiv toxicitet är förmågan hos antibiotika (antimikrobiella medel) att döda eller hämma tillväxten av mikroorganismer (in vivo) utan att orsaka någon ogynnsam effekt på värden som tar medlet (läkemedlet). Det är förmågan hos ett antimikrobiellt medel att döda eller hämma en mikrobiell patogen samtidigt som den skadar värden så lite som möjligt. För att antibiotika ska vara terapeutiskt relevant för användning mot en viss patogen in vivo, det måste vara selektivt giftigt till sin natur. Antimikrobiella medel (särskilt antibiotika) uppvisar en mängd olika verkningsmekanismer mot patogena mikroorganismer antingen in vivo eller in vitro och dessa kommer att diskuteras i detta avsnitt. Verkningsmekanismen som utvecklas här är strikt för antibakteriella medel (dvs läkemedel som riktar sig mot patogena bakterier).

  • HÄMNING AV MIKROBIELL CELLVÄGGSYNTES: Peptidoglykan är en viktig komponent i cellväggen hos praktiskt taget alla bakterier med undantag för vägglösa bakterier som mykoplasma som saknar cellvägg. Men det är mer uttalat hos grampositiva bakterier än hos gramnegativa bakterier. Peptidoglykanskiktet är ansvarigt för att bibehålla formen och den mekaniska styrkan hos bakteriecellväggen. Om den är skadad på något sätt, eller dess syntes hämmas (t.ex. av antibiotika), då blir formen på bakteriecellerna förvrängd och de kommer så småningom att brista (lysera) på grund av det höga inre osmotiska trycket efter inflödet av vätskor eller ämnen som t.ex. läkemedel från utsidan in i bakteriecellen. Däggdjursceller saknar peptidoglykanskikt, så antibiotika som hämmar mikrobiell cellväggssyntes visar enastående selektiv toxicitet. Exempel på antibiotika som hämmar bakteriell cellväggssyntes inkluderar: penicilliner, bacitracin, glykopeptider (t.ex. vankomycin) och cefalosporiner.

Dessa antibiotika stoppar tvärbindningen av N-acetyl-glukosamin (NAG) och N-acetyl-muraminsyra (NAM) via en reaktion som kallas transpeptideringsreaktion. Denna tvärbindning är tänkt att leda till bildandet av peptidoglykan, en viktig komponent i bakteriell cellvägg. Bakteriell resistens mot betalaktamantibiotika (t.ex. penicilliner och cefalosporiner) är en av de mekanismer som används av patogena bakterier (både grampositiva och gramnegativa organismer) för att undvika antimikrobiella angrepp av betalaktamläkemedel och detta beror på att dessa antibiotika ( beta-laktamer) är de mest använda läkemedlen inom klinisk medicin. Den växande nivån av bakteriell resistens mot dessa potenta antibiotika saktar dock snabbt ned effektiviteten och den kliniska tillämpningen av dessa medel. Beta-laktamantibiotika som tidigare förklarats är en klass av läkemedel som hämmar syntesen av cellvägg hos patogena bakterier. Den antibakteriella aktiviteten hos betalaktamer uppvisas in vivo när läkemedlen binder till specifika receptorer på cellmembranet eller cellväggen hos målbakterien, särskilt de penicillinbindande proteinerna (PBP).

Bindning av betalaktamantibiotika till PBP från patogena bakterier förhindrar tvärbindning av NAM och NAG. NAG och NAM är båda viktiga för syntesen av peptidoglykanskiktet, en viktig komponent i bakteriell cellvägg. Syntesen av peptidoglykanskiktet hämmas när tvärbindningen av NAM och NAG hindras via den antibakteriella effekten av betalaktamantibiotika. Och detta gör den bakteriella cellväggen porös för yttre skadliga ämnen som droger, vatten och andra kemikalier. Bakteriecellen dör så småningom efter bristning eller lysering av cellen. Icke desto mindre producerar patogena bakterier antibiotika-hydrolyserande enzymer såsom betalaktamaser som gör betalaktamläkemedel ineffektiva in vivo. Beta-laktamantibiotika är unika eftersom de har en ring som kallas betalaktamringen, och som är målet för betalaktamaserna som produceras av patogena bakterier. Beta-laktamasenzymet klyver kol-kvävebindningen (C-N) i betalaktamringen av betalaktamer och detta leder så småningom till produktion av en förening med mindre antibakteriell aktivitet. När det till exempel gäller penicillin leder klyvning av beta-laktamringen av penicilliner till bildning av penicillinsyra som saknar antibakteriell aktivitet. Patogena bakterier som producerar betalaktamaser såväl som andra enzymer med utökat spektrum, såsom utökade beta-laktamaser (ESBL) gör betalaktamantibiotika ineffektiva in vivo och detta beror på de antibiotikahydrolyserande enzymer som de producerar.

  • HÄMNING AV DNA-SYNTESFUNKTION: Deoxiribonukleinsyra (DNA) är en viktig komponent i bakteriecellers kromosom eftersom de är kända för att styra cellernas aktivitet. Antibiotika som hämmar syntesen av DNA i bakterieceller fungerar genom att störa transkriptionsstadierna som är mycket viktiga för den slutliga och fullständiga bildningen av bakteriellt DNA. Dessa antibiotika blockerar DNA-gyrasenzymet (topoisomeras II eller IV) som är avgörande för den fullständiga syntesen av DNA i bakterier. Exempel på antibiotika som hämmar bakteriell DNA-syntesfunktion inkluderar: sulfonamider, trimetoprim, rifampicin, kinoloner och fluorokinoloner.
  • DESTRUKTION AV MIKROBIELLA CELLMEMBRAN: Integriteten hos det cytoplasmatiska (cell) membranet i bakterieceller är mycket viktig för normal funktion av alla celler. Bakteriecellmembran innehåller inga steroler. Detta skiljer dem från svamp- och däggdjursceller som innehåller steroler, vilket ger sådana antibiotika en mycket selektiv toxicitet på bakterier. Antibiotika som förstör det cytoplasmatiska membranet hos bakterieceller orsakar irreversibelt läckage av cytoplasmatiska komponenter genom att störa membranets integritet. Detta kan också försämra andra metaboliska funktioner som är associerade med membranet. Exempel på antibiotika som förstör mikrobiell cellmembran inkluderar: polymyxiner (som riktar sig mot bakteriellt cellmembran), och polyener (som riktar sig mot svampcellmembran).
  • HÄMNING AV PROTEINSYNTES: Bakteriella ribosomer är mindre än deras motsvarigheter från däggdjur. Ribosomerna i bakterieceller är avgörande för syntesen av proteiner. Antibiotika som hämmar syntesen av protein i bakterieceller verkar genom att binda till en receptor på antingen 30S- eller 50S-subenhetsribosomerna. Denna åtgärd förhindrar den fullständiga reaktionen av translokation och hämmar därigenom syntesen av protein i bakterieceller. Antibiotika som är proteinsyntesinhibitorer inkluderar: tetracykliner, kloramfenikol, makrolider och streptomycin.
  • HÄMNING AV METABOLISK VÄG: Hämningen av en metabolisk väg i mikrober (t.ex. en väg som ansvarar för syntetisering av nyckelmetaboliter såsom folsyra) utförs av en grupp antibiotika som kallas antimetaboliter. Dessa antibiotika hämmar produktionen av nyckelmetaboliter i deras målorganismer. Antibiotika som är antimetaboliter inkluderar: sulfonamider, trimetoprim och pyrimetamin. Antimetaboliter blockerar nyckelstegen i folatsyntes. Folat är en viktig kofaktor i biosyntesen av nukleotider som är byggstenarna för DNA och RNA i mikroorganismer. Sulfonamider är strukturella analoger av para-aminobensoesyra (PABA). PABA är en nyckelkomponent i syntesen av folsyra i bakterier. De blockerar konkurrenskraftigt omvandlingen av pteridin och PABA till dihydrofolsyra eftersom antimetaboliten sulfonamider har en större affinitet för enzymet (dihydropteratsyntetas) som utför omvandlingen än vad PABA har. Bakterier och protozoer till skillnad från de flesta däggdjurs- eller djurceller (som får sin egen folsyra från kosten) syntetiserar sin egen folsyra. Sulfonamider hämmar kompetitivt inkorporeringen av PABA i dihydropteroic syra (folsyra), och när detta är gjort, kommer folsyra inte längre att vara tillgänglig för syntesen av puriner och pyrimidiner som båda krävs för kopplingen av bakteriers DNA och RNA. Detta hämmar syntesen av nukleinsyra i organismen.

Ashutosh Kar (2008). Farmaceutisk mikrobiologi, 1:a upplagan. New Age International Publishers: New Delhi, Indien.

Block S.S (2001). Desinfektion, sterilisering och konservering. 5:e upplagan. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia och London.

Courvalin P, Leclercq R och Rice L.B (2010). Antibiogram. ESKA Publishing, ASM Press, Kanada.

Denyer S.P., Hodges N.A. och Gorman S.P. (2004). Hugo & Russell's Pharmaceutical Microbiology. 7:e uppl. Blackwell Publishing Company, USA. s. 152-172.

Ejikeugwu Chika, Iroha Ifeanyichukwu, Adikwu Michael och Esimone Charles (2013). Mottaglighet och detektion av β-laktamasenzymer med utökat spektrum från otitis media patogener. American Journal of Infectious Diseases. 9(1):24-29.

Finch R.G, Greenwood D, Norrby R och Whitley R (2002). Antibiotika och kemoterapi, 8:e upplagan. Churchill Livingstone, London och Edinburg.

Russell A.D. och Chopra I (1996). Förstå antibakteriell verkan och resistens. 2:a upplagan. Ellis Horwood Publishers, New York, USA.


Antibiotika som hämmar bakteriell peptidoglykansyntes: hur de fungerar

Sammanfattning

Med relativt få undantag, medlemmar av domänen Bakterie besitter en cellvägg som består av ett halvstyvt, tätt sammansatt molekylärt komplex som kallas peptidoglykan som gör det möjligt för bakterien att motstå osmotisk lys. Många vanliga antibiotika verkar genom att hämma syntesen av peptidoglykan, vilket resulterar i bakteriell lysis. Dessa animationer illustrerar mekanismerna genom vilka flera olika antibiotika hämmar peptidoglykansyntesen i en grampositiv bakterie.

Introduktion


För att syntetisera ny peptidoglykan under bakteriell replikation och tillväxt bryter enzymer som kallas autolysiner glykosidbindningarna mellan peptidoglykanmonomererna vid tillväxtpunkten längs den befintliga cellväggen. Dessutom finns det autolysiner som bryter peptidkorsbryggorna som länkar samman raderna och lagren av glykansträngar. Nya peptidoglykanmonomerer syntetiseras i bakteriens cytosol när de fäster till en membranbärarmolekyl som kallas baktoprenol. Baktoprenolerna transporterar peptidoglykanmonomererna över det cytoplasmatiska membranet och arbetar med enzymer som kallas transglykosylaser för att infoga monomererna i den befintliga cellväggen. När de nya peptidoglykanmonomererna sätts in, reformerar transpeptidasenzymer (även kända som penicillinbindande proteiner) peptidtvärbindningarna mellan raderna och lagren av peptidoglykan vilket gör cellväggen stark (1).

Penicilliner och cefalosporiner, såväl som andra betalaktamantibiotika, efterliknar D-alanyl-D-alanin (D-Ala-D-Ala)-grupperna som finns vid pentapeptidens ände i de flesta nysyntetiserade peptidoglykanmonomerer. Bindning av läkemedlet till transpeptidaset binder upp enzymet och hindrar det från att reformera peptidtvärbindningarna mellan raderna och lagren av peptidoglykan i cellväggen när nya peptidoglykanmonomerer tillsätts under bakteriell celltillväxt. Dessutom verkar dessa antibiotika störa bakteriekontrollerna som håller autolysiner i schack. Tillsammans resulterar detta i nedbrytning av peptidoglykanen och osmotisk lys av bakterien (2).

Glykopeptider, såsom vankomycin, och lipoglykopeptiden teichoplanin binder direkt till D-Ala-D-Ala-delen av pentapeptiderna av peptidoglykanmonomererna och blockerar bildningen av peptidtvärbindningar av transpeptidasenzymerna. Som ett resultat av steriskt hinder (visas inte i denna animation) kan vankomycin också störa bildningen av glykosidbindningarna mellan sockret i peptidoglykanmonomererna och de i den befintliga cellväggen (2). Sammantaget resulterar detta i en svag cellvägg och efterföljande osmotisk lys av bakterien.

Antibiotikumet bacitracin binder å andra sidan till transportproteinet baktoprenol efter att det fört in peptidoglykanmonomeren som det transporterar över det cytoplasmatiska membranet in i den växande cellväggen. Bindning av läkemedlet förhindrar därefter defosforyleringen av baktoprenol. Bactoprenolmolekyler som inte har förlorat den andra fosfatgruppen kan inte sätta ihop nya monomerer och transportera dem över det cytoplasmatiska membranet (2). Som ett resultat sätts inga nya monomerer in i den växande cellväggen. När autolysinerna fortsätter att bryta peptidtvärbindningarna och nya tvärbindningar inte bildas, spricker bakterien från osmotisk lys.

Metod


Adobe Flash Professional CS5.5 användes för att konstruera denna animation. Illustrationer ritades med Adobe Illustrator CS5.1 och importerades till Adobe Flash Professional CS5.5.

Diskussion


Många vanliga antibiotika verkar genom att hämma syntesen av peptidoglykan, vilket resulterar i bakteriell lysis. Dessa animationer illustrerar mekanismerna genom vilka flera olika antibiotika hämmar peptidoglykansyntesen i en grampositiv bakterie.

Animation 1


Penicillin hämmar syntesen av peptidoglykan i en grampositiv bakterie genom att binda till transpeptidasenzymer.

Bild 1 visar en märkt representation av en Gram-positiv cellvägg.

Bild 2 och 3 illustrerar hur transpeptidaser normalt bildar peptidtvärbindningar mellan kedjorna av peptidoglykan. En aminosyra går förlorad från den nyligen införda monomeren under denna process, vilket ändrar den från en pentapeptid till en tetrapeptid.

I objektglas 4 och 5 visas penicillinmolekyler binda till transpeptidaser och blockera bildandet av peptidtvärbindningarna mellan de nyligen införda monomererna och den befintliga peptidoglykancellväggen.

I objektglas 6 och 7 visas bakterien genomgå osmotisk lys när autolysinerna fortsätter att bryta ner cellväggen.

Animation 2


Vankomycin hämmar syntesen av peptidoglykan i en grampositiv bakterie genom att binda direkt till pentapeptiden av peptidoglykanmonomererna.

Bild 1 visar en märkt representation av en grampositiv cellvägg.

Bild 2 och 3 illustrerar hur transpeptidaser normalt bildar peptidtvärbindningar mellan kedjorna av peptidoglykan. En aminosyra går förlorad från den nyligen införda monomeren under denna process, vilket ändrar den från en pentapeptid till en tetrapeptid.

I objektglas 4 och 5 visas vankomycin binda direkt till pentapeptiden av de nyligen transporterade peptidoglykanmonomererna och blockerar bildandet av peptidtvärbindningarna mellan dessa monomerer och den befintliga peptidoglykanen av transpeptidaser.

På objektglas 6 och 7 visas bakterien genomgå osmotisk lys när autolysinerna fortsätter att bryta ner cellväggen.

Animation 3


Bacitracin hämmar syntesen av peptidoglykan i en grampositiv bakterie genom att binda till membrantransportören baktoprenol.

Bild 1 visar en märkt representation av en grampositiv cellvägg.

I objektglas 2 och 3 visas peptidoglykanmonomerer syntetiseras i cytosolen när NAM-pentapeptiden fäster till bärarproteinet baktoprenol. Bactoprenol transporterar därefter monomererna över det cytoplasmatiska membranet och sätter in dem i "gapet" som tillhandahålls av autolysinerna.

Bild 4 och 5 illustrerar hur baktoprenol måste förlora en av sina två fosfatgrupper innan det igen kan hjälpa till att montera och transportera peptidoglykanmonomerer över det cytoplasmatiska membranet.

I objektglas 6 och 7 visas bacitracin binda till baktoprenol efter att det infogat peptidoglykanmonomeren som det transporterar in i den växande cellväggen. Bacitracinet förhindrar därefter defosforyleringen av baktoprenolen och blockerar baktoprenol från att transportera ytterligare peptidoglykanmonomerer över membranet.

I objektglas 8 och 9 visas bakterien genomgå osmotisk lysis när autolysinerna fortsätter att bryta ner cellväggen.

Referenser

1. Madigan MT, Martinko JM, Stahl DA, Clark DP. 2012. Brock Biology of Microorganisms, 13:e upplagan, sid. 58-60 122-123. Pearson Education, Inc. Publishing, San Francisco, CA.

2. Van Bambeke F, Lambert DM, Mingeot-Leclercq M, Tulkens PM. 2004. Antibiotika som verkar på cellväggen, sid. 1717-1720. I Cohen, J. och W. G. Powderly (red.), Infectious Diseases, 2nd ed. Mosby Publishing, London, Storbritannien.


Hur hämmar antibiotika cellväggssyntesen?

&beta-laktam antibiotika är en bred klass av antibiotika som inkluderar penicillinderivat (penamer), cefalosporiner (cefem), monobaktamer och karbapenemer. &beta-laktam antibiotika är bakteriedödande och verkar genom att hämma syntesen av peptidoglykanskiktet i bakteriecellväggarna.

Dessutom, hur hämmar antibiotika proteinsyntesen? De hämma proteinsyntesen genom att binda till 30S-subenheten av ribosomen. Liknar aminoglykosiderna, tetracykliner hämma bindningen av aminoacyl-tRNA till A-stället i ribosomen. 7S ribosomal protein är en del av bindningsstället. Detta gör tetracykliner selektiva mot bakterier.

Följaktligen, hur fungerar antibiotikumet penicillin för att hämma cellväggssyntesen?

Många antibiotika, Inklusive penicillin, arbete genom att attackera cellvägg av bakterier. Specifikt förhindrar läkemedlen bakterierna från syntetisera en molekyl i cellvägg kallas peptidoglykan, som ger vägg med den styrka den behöver för att överleva i människokroppen.

Hämmar amoxicillin cellväggssyntesen?

Handlingsmekanism Amoxicillin är i klassen beta-laktamantibiotika. Beta-laktamer verkar genom att binda till penicillinbindande proteiner som hämma en process som kallas transpeptidering, vilket leder till aktivering av autolytiska enzymer i bakterien cellvägg.


Diskussion

I denna studie fann vi att CHX inducerar bildandet av buckliga fläckar på ytan av cellväggen hos båda E coli och B. subtilis. Vi hävdar att bildandet av de buckliga fläckarna berodde på CHX verkan. För det första hittades väldigt få buckliga fläckar i frånvaro av CHX, och för det andra ökade antalet fläckar med tiden för behandling och koncentration av CHX. Överraskande nog var fördelningen av de buckliga fläckarna längs cellkroppen inte densamma mellan de två arterna. I B. subtilis, var de buckliga fläckarna företrädesvis belägna vid spetsen eller lockområdet av cellkroppen, medan i E coli fläckarna fanns främst i stammen. Detta tyder på att verkningsställena för CHX på B. subtilis och E coli kan vara annorlunda. De morfologiska förändringarna som observerades under transmissionselektronmikroskop på de två typerna av celler bekräftar de under svepelektronmikroskop. Frekvensen av att hitta kollaps eller buckliga fläckar i cellväggen runt locket regionen av B. subtilis var högre än i stamregionen.

Baserat på cellantalet mätt med den optiska densiteten för deras kultur, var det totala proteininnehållet i de två bakteriearterna inte detsamma under CHX-behandling, och B. subtilis verkar vara mer mottagliga för CHX eftersom fler proteiner gick förlorade från cellerna (fig 9). Långvarig inkubation med CHX, allt cytoplasmatiskt innehåll tömdes för att bilda spökceller som visualiserats i transmissionselektronmikrofotografier, vilket tyder på att CHX orsakar allvarliga skador på cellväggen, inklusive det cytoplasmatiska membranet och peptidoglykanskikten i båda arterna.

Den energidispersiva röntgenanalysen (EDAX) på de CHX-behandlade bakteriecellerna visade att mängden fosfolipider, nukleinsyror och nukleotidpool (som procent av fosforatomen, P) kvarhållna i B. subtilis var mindre än E coli. Detta indikerar att cellmembranet av B. subtilis är känsligare för CHX än för E coli. Men den brantare lutningen av kurvan av den relativa mängden P och Cl på B. subtilis som visas i figur 8 antyder bara att det finns mindre kloratom (CHX) adsorberad på cellytan av B. subtilis än E coli. Det är möjligt att de negativt laddade fosforylerade heptos- och glukosamindelarna i den lipopolysackarid (LPS)-innehållande cellväggen av E coli kan låsa de starkare katjoniska CHX-molekylerna för att göra dem mindre effektiva i sin funktion och denna idé överensstämmer med paradigmet att det yttre membranet av gramnegativa bakterier fungerar som en permeabilitetsbarriär för många katjoniska antibakteriella medel [21]–[ 23].

Identifieringen av 5 uppreglerade proteiner relaterade till purinukleotid- och nukleosidomvandling och 2 andra proteiner involverade i elektrontransportkedjan på cellväggen i E coli förväntades inte, men ett brott i den cellulära integriteten och innehållet av CHX i de överlevande bakteriecellerna kan initiera en räddningsmekanism för återbalansering eller underhåll av den cellulära poolen av nukleotider och protongradient genom att öka uttrycket av dessa proteiner i cellen vägg. Nivåerna av fumarathydratas, flavoproteinsubenheten av succinatdehydrogenas och laktatdehydrogenas minskade, vilket kan bero på en preferentiell förlust från cellerna under behandlingen eller undertryckande av uttryck på grund av okänd anledning. Däremot var det en generell förlust av totala proteiner från Bacill under CHX-behandling, vilket tyder på att CHX kan bryta cellväggen.

Men i cellväggen av Bacillus subtilis stressrelaterade proteiner och proteiner involverade i aminosyrametabolism uppreglerades, och de kan användas för att svara på stressen inducerad av CHX. Vi kunde dock bara identifiera cirka 20 proteiner av de 40 proteinfläckarna som differentiellt förändrades genom CHX-behandling. För en mer omfattande analys av dessa proteiner kan kräva en större skala av rening eller andra proteomiska metoder såsom stabil isotopmärkning av aminosyror i cellkultur, SILAC, som inte är beroende av 2D-gelseparation och proteinrening.

Störning av cellväggen och cellmembranet i en viss region längs bakteriekroppen av CHX kan vara en ny mekanism. CHX, en biguanid, finns i lösning som en positivt laddad molekyl, som kan binda till anjoniska molekyler på cellväggen. Det föreslås att CHX dödar bakterier genom en störning av membranpermeabiliteten snarare än hämning av ATPaser på cellmembranet [24]. Det har visat sig att CHX destabiliserar de yttre membranen av gramnegativa bakterier för att frigöra proteiner från periplasman men inte det inre membranet [25] och minskade lipidpackningsordningen för mänskliga buckala epitelceller genom fluorescensanisotropistudie [26].

Det förväntas att skadorna på cellväggen är jämnt fördelade om CHX verkar på LPS-skiktet av det yttre membranet i gramnegativa bakterier eller teikoinsyra på peptidoglykanskiktet i grampositiva bakterier [27], [28]. Det har dock visat sig att polarområdena i Bacill och Lactobacillus cellväggen har en annan sammansättning av väggteikosyra (WTA) än stammen [29]. Sonnenfeld et al. visade att katjoniserat ferritin (CF) binder specifikt till de negativt laddade grupperna i cellpolerna i B. subtilis, vilket tyder på att ytan på lockets cellvägg är mer elektronegativ än den på stammen [30]. Matsumoto et al. använde kardiolipinspecifika och fosfatidyletanolamin (PE)-specifika fluorescerande färgämnen för att visualisera lokaliseringen av de två lipidtyperna i membranen av B. subtilis och E coli [31], [32]. Både kardiolipin och PE ackumuleras mer specifikt i de polära och septala regionerna i B. subtilis, medan PE är mer jämnt fördelat i E coli [32]. It has also been shown that cardiolipin aggregates into domains in the cell membrane of E coli, suggesting that the lipids in the cell membrane of bacteria may link in a raft-like structure as in mammalian cells. With the above observations and reports, we hypothesize that the structural changes of the bacterial cell wall may be due to the action of CHX on the cardiolipin-rich or PE-rich domains. PE molecules with a compact head-group can form a rigid network in the cell membrane, which makes it easier to form microdomain [33]. The localization of cardiolipin to the poles may be due to its interaction with peripheral membrane proteins to form patches on the membrane [34].

It is likely that CHX, containing both hydrophilic amine group and hydrophobic structure, can interact with the membrane cardiolipin and PE to disturb the normal arrangement and integrity of the phospholipid bilayer structure and its associated proteins. The disruption of proper lipid arrangement may lead to a collapse of the cell membrane and the formation of dented spots on the cell surface. And probably due to the uneven distribution of PE, cardiolipin, and other types of lipids in the cell membranes of B. subtilis, the poles of B. subtilis may be more susceptible to the damage caused by CHX.

It would be interesting to examine further whether other types of antimicrobials also cause the formation of dented spots specifically in B. subtilis and other Gram-positive bacteria. This can allow us to formulate a better hypothesis on how this type of antimicrobial kills bacteria.


Stödjande information

Figur S1.

Pressure profile along the glycan axis for simulation of avg17 patch with . The grey line is the original profile computed in 1-Å slabs, with the black curve representing a 5-Å running average. The red line is the stress-bearing thickness of the peptidoglycan at 10% of the peak stress.

Figur S2.

Pressure profiles along the axis (normal to the peptidoglycan layer) for avg17 with 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, 0.125, 0.15, and 0.175.

Bild S3.

Stress as a function of strain for all simulated systems. In each plot, the black circles are data from simulations in which and was varied, while the red squares are from simulations in which and was varied. The corresponding lines are linear fits to the data.

Bild S4.

Patch of cell wall with maximum-radius spheres inscribed. Unlike in other figures, here the glycan strands are in grey and the peptides in tan. Sphere color is assigned based on size, with blue representing those with radius less than 1 nm, green less than 1.25 nm, yellow less than 1.5 nm, orange less than 1.75 nm, and red greater than 1.75 nm.

Bild S5.

Strain-dependent insertion. In both panels, the avg17 patch is under strain . Glycan strands are in blue and peptide cross-links in green. The strand selected for deletion and later replacement is shown in red and orange. (A) Original patch. (B) Patch after strand deletion, equilibration, and subsequent strand replacement.

Bild S6.

Peptidoglycan patches simulated with effectively infinite strand lengths, colored as in Fig. 3 in the main text. The black scale bars below are all equivalent at 10 nm in length. Final relaxed states for (A) inf15 and (B) inf30 are shown.

Figur S7.

Quantifying glycan-strand angle as a measure of disorder. Shown are the NAG and NAM saccharide rings against a transparent outline of the full cell wall viewed from the outside. Individual angles made with the dashed line were measured for all vectors connecting the centers of rings spaced at least four saccharides apart, although only a subset of vectors are shown here. These vectors were then averaged over all separations within a given strand, over all strands within the simulated cell-wall patch, and over all frames in the simulation trajectory. The black, red, green, and purple vectors give positive angles, while the blue vector gives a negative angle. The dashed line represents the cell's circumferential axis with which the glycan strands were initially aligned during construction.


Titta på videon: Cellens delar och funktion (Juli 2022).


Kommentarer:

  1. Hayward

    Även om jag är student vid ett finansiellt universitet är ämnet inte helt för mina hjärnor. Men det bör noteras att det är mycket användbart för vanligt liv. Bättre att se andras upplevelse

  2. Braylon

    Jag ber om ursäkt, men enligt min mening har du inte rätt. Jag är säker. Låt oss diskutera det.



Skriv ett meddelande