Мембрана и периплазматическое пространство грамотрицательных бактерий
У грамотрицательных бактерий существует наружная мембрана и периплазматическое пространство.
Основные положения:
- Периплазматическое пространство у грамотрицательных бактерий находится между цитоплазматической и наружной мембранами.
- Белки, которые выходят через наружную мембрану, часто взаимодействуют в периплазматическом пространстве с молекулярными шаперонами .
- Наружная мембрана представляет собой липидный бислой, препятствующий разупорядочению большинства молекул.
- Липополисахариды являются компонентами ближайшего к поверхности слоя наружной мембраны.
- При инфицировании грамотрицательными бактериями липополисахариды активируют воспалительную реакцию .
В отличие от грамположительных бактерий , у грамотрицательных присутствует наружная мембрана ( рис. 20.2 ). Промежуток между цитоплазматической и наружной мембранами называется у них периплазматическим пространством или периплазмой ( рис. 20.20 ). Компоненты наружной мембраны отличаются от таковых цитоплазматической (внутренней) мембраны ( рис. 20.21 ). В данном разделе мы рассмотрим компоненты периплазмы и наружной мембраны, а также процессы, которые происходят в периплазме.
В периплазматическом пространстве находится много различных белков, включая ферменты деградатации, транспортные белки и белки, участвующие в метаболизме. Наряду с этим, многие белки периплазмы включаются в наружную мембрану или при секреции проходят через нее (подробнее о секреторной системе белков см. У прокариот существует несколько секреторных механизмов ). Здесь пойдет речь о периплазматическом пространстве как о "месте созревания" таких белков. Периплазматическое пространство во многом напоминает эндоплазматический ретикулум в клетках эукариот, поскольку там также существует окислительная среда и происходит созревание белков (подробнее об эндоплазматическом ретикулуме см. Мембранное адресование белков ). В периплазме находится много белков, которые функционируют как молекулярные шапероны. Шапероны осуществляют несколько функций: они могут препятствовать формированию у белков нативной структуры, а также способны предотвращать их протеолиз или нежелательные взаимодействия с другими белками, приводящие к агрегации.
Например, многие белки содержат свободные цистеиновые остатки, которые в условиях восстановительной среды цитоплазмы не могут образовывать дисульфидные связи. Образование дисульфидных связей служит критическим шагом в формировании нативной струткуры и в стабилизации многих периплазматических и внеклеточных белков. Процесс катализируется дисульфидизомеразой , находящейся в периплазме. На формирование нативной структуры периплазматических белков также влияет цис-транс изомеризация пролиновых остатков. В белках, которые не приобрели нативную структуру, пролиновые остатки в основном находятся в транс-конфигурации, однако у нативных белков, они существуют как в транс, так и в цис-форме. У Е. coli идентифицировано несколько пролилизомераз . Эти ферменты ускоряют медленно протекающий процесс цис- транс изомеризации пролиновых остатков (подробнее о формировании нативной структуры белка в эндоплазматическом ретикулуме см. Мембранное адресование белков ).
Еще одним примером шаперонов служит белок DegP , который помогает стабилизировать белки, потерявшие в периплазме нативную структуру. Гомологи этого белка существуют в большинстве клеток прокариот и в некоторых эукариотических клетках. Белок DegP представляет собой распространенный шаперон, активный по отношению к белкам многих типов. Другие шапероны, содержащиеся в периплазме, например PapD , участвующий в биогенезе P-пилий , проявляют специфичность к одному типу субстрата. PapD связывается с субъединицами пилий по мере их выхода в периплазму и препятствует их взаимодействию друг с другом (что непродуктивно) или с другими субъединицами ( рис. 20.28 ). Однако предотвращение несвоевременного взаимодействия субъединиц между собой отражает лишь одну сторону действия этого шаперона. Он также необходим для формирования правильной нативной структуры субъединиц пилий. Если этого не происходит, то субъединицы агрегируют и подвергаются протеолизу.
Несмотря на присутствие шаперонов, в периплазме еще может происходить агрегация белка, и при этом активируется система Cpx . Как показано на рис. 20.22 , система Срх состоит по крайней мере из трех белков. Предполагается, что периплазматический белок CpxP присоединяется к агрегировавшему или неправильно уложенному белку, находящемуся в периплазме, что приводит к активации белка CpxPA , который присутствует в цитоплазматической мембране. При активации происходит фосфорилирование цитоплазматического домена CpxPA, и затем эта фосфатная группа переносится на ДНК-связывающий белок CpxPR . Фосфорилированный CpxR индуцирует экспрессию многих генов, включая те, которые кодируют протеазы периплазмы. Последние разрушают агрегированные или неправильно собранные белки. К числу прочих белков, индуцируемых при участии Срх, относятся белки, способствующие сборке нативных белковых структур, например, дисульфид оксидаза DsbA , пептидилпролилизомераза PpiA и пептидилпролилизомераза PpiD .
Наружная мембрана асимметрична. Внутренний ее слой, так же как и во внутренней мембране, состоит из фосфолипидов, а наружный из липополисахаридов LPS ( рис. 20.21 ). Состав LPS меняется в зависимости от организма. В большинстве клеток, однако, LPS содержат O-полисахарид , коровый полисахарид и остаток липида A ( рис. 20.23 ). Последний содержит такие жирные кислоты, как капроновая , лауриновая , миристиновая , пальмитиновая и различные стеариновые кислоты . Липид A связан с О-полисахаридом через амидоэфирные связи к коровой области. Обычно О-полисахарид состоит из повторяющихся остатков галактозы , глюкозы , рамнозы и маннозы . Эти сахара расположены в виде разветвленных повторяющихся 4-5-звенных последовательностей, которые образуют длинный О-полисахарид. Сердцевинный полисахарид состоит из N-ацетилглюкозамина , глюкозамина , фосфата , гептозы и кетодезоксиоктоната . Эта структура связана с пептидогликановым слоем через встроенные в мембрану липопротеины .
К числу важнейших биологических свойств LPS относится их токсичность для млекопитающих. Поэтому этот фактор является ведущим в возникновении заболеваний, распространяемых грамотрицательными патогенными микроорганизмами. Липид A представляет собой токсический участок LPS и обычно рассматривается как эндотоксин. У человека и животных лимфоциты и клетки эпителия обладают рецепторами, которые узнают LPS и активируют воспалительную реакцию . При этом наблюдается подъем температуры, падение числа лимфоцитов, других лейкоцитов и тромбоцитов и развивается общее воспаление .
Смотрите также:
