Биохимическая роль

Пенициллины влияют на синтез клеточной стенки, а именно на синтез пептидогликана. Синтез пептидогликана (гликопептида) очень сложен, фактически он является одним из важнейших компонентов стенки - это арматура клеточной стенки. Подобное явление наблюдается при выращивании микроорганизмов в отсутствии незаменимых аминокислот, и прежде всего в отсутствии лизина или его предшественника - диаминопимелиновой кислоты. И, если в непрерывный синтез пептидогликана вмешивается β-лактамный антибиотик, то синтез пептидогликана нарушается.(рис А,Б)

Рисунки А,Б. -Г - N-ацетилглюкозамин; М- N-ацетилмурамовая кислота; ала - аланин; глу - глутаминовая кислота; лиз - лизин; ДАП - диаминопимелиновая кислота; глицирин. Стрелками обозначено место действия пенициллина.

Таким образом, основными компонентами клеточной стенки грамположительных эубактерий являются три типа макромолекул: пептидогликан, тейховые кислоты и полисахариды, которые с помощью ковалентных связей образуют сложную структуру с весьма упорядоченной пространственной организацией. В состав клеточной стенки эубактерий входят семь различных групп химических веществ, при этом пептидогликан присутствует только в клеточной стенке. Клеточная стенка цианобактерий, сходная с таковой грамотрицательных эубактерий, содержит от 20 до 50% этого гетерополимера.

Грамположительные бактерии отличаются от грамотрицательных большим (до 40 раз) содержанием муреина (пептидогликана) в клеточной стенке и отсутствием внешней мембраны. Клеточная стенка- это высокоорганизованная клеточная органелла является механически стабилизированной и противостоит высокому осмотическому давлению, которое составляет от 2 до 25 атм.

Следствием существенных различий структуры клеточной оболочки у грамположительных и грамотрицательных бактерий является получение разных образований под действием агентов, нарушающих синтез пептидогликана. Например, под действием пенициллина из грамположительных клеток образуется протопласт, не несущий оболочки, а из грамотрицательных - сферопласт, имеющий остатки оболочки на поверхности клетки. Клетки, утерявши клеточную стенку в результате мутации или разрушающего воздействия, называются также L-формами и могут существовать только в изотонических растворах.(рис.1)[21]

Рисунок 1. Действие пенициллина на клетки Staphylococcus aureus. А. Клетки до обработки пенициллином. Б. В результате воздействия пенициллина нарушается целостность клеточных, и они лопаются.

Вся эта скрепленная поперечными связями структура, окружающая клетку, называется муреином (от латинского слова murus - стенка) или пептидогликаном; второе название подчеркивает гибридную природу данной структуры, представляющей собой сочетание пептидных и полисахаридных элементов. Тянущийся непрерывно вдоль всей поверхности бактериальной клетки пептидогликан можно рассматривать как одну гигантскую мешковидную молекулу. У грамположительных бактерий (дающих окраску по Граму, т.е. при обработке красителем кристаллическим фиолетовым) пептидогликан образует вокруг клетки несколько концентрических слоев, пронизываемых другими макромолекулярными компонентами. Целостность клеточных стенок имеет жизненно важное значение для защиты, роста и деления бактерий.