Лизин у микробов и высших растений синтезируется в итоге конденсации аспартата с пируватом через диаминопимелиновую кислоту 404
Белки синтезируются на рибосомах из отдельных аминокислот, образуемых самими микробами. Исключение составляют некие ауксотрофные мутанты, для которых нужно присутствие в среде определенных аминокислот.
Биосинтез аминокислот в клеточке идет ферментативно из неорганического азота и разных соединений углерода, к примеру товаров аэробного или анаэробного разложения углеводов. Многие аминокислоты образуются из промежуточных продуктов цикла Кребса из а-кетоглутаровой кислоты — глутаминовая кислота, орнитин, аргинин, пролин из щавелевоуксусной кислоты — Ь-ас-парагиновая кислота, гомосерин, метионин, треонин, диаминопимелиновая кислота, лизин, изолейцин из пировиноградной кислоты — аланин, валин, лейцин, серии, глицин, цистеин (рис. 17).41
Механизм действия. Пенициллины и цефалоспорины 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.
Разрушение пептидогликана вызывает лизис клетки или появление протопластов (сфер без клеточной стенки). Подобное явление наблюдается при выращивании микроорганизмов в отсутствие незаменимых аминокислот, и сначала в отсутствие лизина или его предшественника — диаминопимелиновой кислоты. И, если в непрерывный синтез пептидогликана вмешивается -лактамный антибиотик, синтез пептидогликана нарушается.
Например, в мозге глутаминовая кислота декарбоксилируется до у-аминомасляной кислоты, а 3,4-диоксифенилаланин (ДОФА) —до дофамина. Гистидин превращается в гистамин. У бактерий лизин образуется путем декарбоксилирования жезо-диаминопимелиновой кислоты (гл.
14, разд. Г,2), а фосфатидилэтаноламин — путем декарбоксилирования фосфатидилсерина (гл. 12, разд. Е,2).
Второе направление использует стереоспецифическое образование ани-лидов и фенилгидразидов N-ациламинокислот из N-aцил-DL-aминoки лoт и анилина или фенилгидразина, катализируемое папаином и пепсином. Для успешного протекания реакции должны получаться нерастворимые продукты (из хорошо растворимых исходных веществ).
Метод применим и для расщепления аминокислот с двумя центрами хиральности. Это было показано Соколовской и др. на примере реакции бисбензилоксикарбонил-диаминопимелиновой кислоты с анилином, катализируемой папаином. При всем этом получается кристаллический LL-моноанилид (исходное оо-соединение остается неизменным).54
Основу клеточной стенки бактерий образует гликопептид му-реин. Этот полимер состоит из N-aцeтплглюкoзaминa, Ы-ацетил-мурамовой кислоты и бактериальных липидов особого состава. В состав пептидов клеточной стенки входят Ь-аланин, О-глута-миновая кислота, мезодиаминопимелиновая кислота или Ь-лизин и В-аланин. Диаминопимелиновая кислота, лизин, а иногда ар-14
Схема биосинтеза лизина у бактерий через диаминопимелиновую кислот показана на рис.2. У многих природных штаммов этих родов бактерий лизин совместно с треонином ингибирует фермент аспартаткиназу, что замедляет образование лизина.
Чтобы устранить этот нежелательный эффект, генетики создали штаммы, способные синтезировать гомосериндегидрогеназу. Таким макаром, накопление гомосерина, треонина и метионина исключается. Если к среде добавить в необходимых для роста культуры дозах треонин, метионин или гомосерип, то происходит интенсивный сверхсинтез лизина.27
Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацемизации. Рассмотрим подробно первые четыре реакции, имеющие значение для всех живых организмов. Реакции рацемизации характерны только для микроорганизмов открыты ферменты, катализирующие рацемизацию ряда аминокислот (Ала, Глу, Про, Мет, Лиз, Сер) и эпимеризацию оксипролина и а, -диаминопимелиновой кислоты. Физиологическая роль рацемаз микроорганизмов сводится, вероятно, к синтезу О-изомеров аминокислот для построения клеточной оболочки.431
Диаминопимелиновая кислота (Diaminopimeli a id) Непосредственный предшественник L-лизина у бактерий и растений, один из компонентов клеточной стенки у некоторых бактерий.548
Г — УУ-ацетилглюкозамин М — УУ-ацетилмурамовая кислота ала — аланин глу — глутаминовая кислота лиз — лизин ДАП — диаминопимелиновая кислота гли — глицин. Стрелками обозначено место действия пенициллина32
Каждг я С-Концевая группа этого пептида, п1зинадлежап1,ая остатку О-аланина, образует амидную связь с аминогруппой остатка диаминопимелиновой кислоты, принадлежащей соседней полисахаридной цепи, В конечном итоге образуется сетчатая структура, изображе1И1ая схематично на рис, 6.48
Двухступенчатый способ предусматривает использование в качестве основного сырья предшественников L-лизина, полученных химическим или биологическим методом. В качестве предшественников могут бьгть использованы L- и DL-диаминопимелиновая кислота, DL-5 (4-аминобутил) гидантоин, 5-формил-2-оксивалериановая кислота, L-кетоадипиновая кислота, DL- и L- аминокапролак-там, DL-аспарагиновая кислота.27
Опорный скелет бактериальной стенки состоит в значительной степени из однородного полимера — пептидогликана муреин. Эта молекула — гетерополимер, построенный из цепочек, в каких чередуются остатки К-ацетилглюкозамина и N-aцeтилмypaмoвoй кислоты, соединенные между собой р-1,4-глюкозидными связями.
Остатки мурамовой кислоты через лактильные группы соединены пептидной связью с аминокислотами. К типичным аминокислотам муреина относятся Ь-аланин, В-глутаминовая кислота, мезо-диаминопимелиновая кислота или Ь-лизин и В-аланин. Диаминокислоты мезо- (или ЬЬ-) диаминонимели-новая кислота и Ь-лизин играют большую роль в межмолекулярных13
Место диаминопимелиновой кислоты или лизина могут занять ор-нитин или диаминомасляная кислота. Пептидными мостиками гетерополимерные цепи связаны между собой в мешкообразную гигантскую молекулу — муреиновый мешок.15
В состав этого биополимера (гликопептида) входят аланин (В- и Ь-), Х)-глутаминовая кислота, Х-серин, глицин, а, е-диаминопиме-линовая кислота, -лизин и др. Наличие в этом биополимере аминокислот с двумя аминными группами и их предшественников (орнитин, лизин, а, е-диаминопимелиновая кислота и др.) важно, потому что они могут формировать еш е дополнительные связи с пептидами с помощ ью пептидной связи, образуя более сложный полимер.11
Соединяются 2 пептидные единицы пептидной связью (е-амино-группа а, е-диаминопимелиновой кислоты и С-концевая группа Х)-аланина), например у Es heri hia oli.12
Важно подчеркнуть, что в бактериальной клетке содержатся структуры и веш ества, которых нет у животных и растений, например, чередуюш,аяся последовательность ЛГ-ацетилглюкозами-на и iV-ацетилмурамовой кислоты не встречающаяся в составе белков а, е-диаминопимелиновая кислота 1)-формы аланина и глутаминовой кислоты. Эти структурные элементы составляют ахиллесову пяту бактерий, используемую врачами в борьбе с инфекцией. По компонентам и структуре клеточной стенки и биохимическим механизмам ее синтеза бактерии коренным образом отличаются от животных и растений. Поэтому лекарственные12
Клеточная стенка возникла на каком-то определенном этапе эволюции микроорганизмов. Принимая движение эволюции микроорганизмов в направлении универсализации организации и дифференциации клеточных структур у фагов и вирусов бактерий дрожжей мицелиальных грибов, отметим, что фаги и вирусы не способны синтезировать клеточную стенку. Архебактерии (мета-нообразуюш ие бактерии, облигатные галофильные бактерии и термоацидофильные бактерии) лишены пептидогликана, типичного для бактерий. Лишь отдельные виды из них содержат ацетилсаха-ра и L-аминокислоты вместо диаминопимелиновой кислоты, у них нет D-аминокислот.16
Грамположительные бактерии имеют сравнительно просто организованную, но мош ную клеточную стенку. Она состоит пре-имуш ественно из множества слоев пептидогликана, составляюш е-го до 90% ее сухой массы, часто включаюш,их вместо диаминопимелиновой кислоты лизин и уникальные водорастворимые полимеры тейхоевых кислот, состоящих из 8-50 остатков глицерина или рибита, связанных между собой фосфодиэфирными связями (см. рис. 1.3, б).18
Второй путь — диаминопимелиновый, он начинается с аспарагиновой кислоты и проходит через 2,6—диаминопимелиновую кислоту (ДАП). Первоначально этот путь был обнаружен и изучен у Е.соН, а затем было показано, что у основных промышленных продуцентов лизина это аминокислота синтезируется также по диаминопимели-новому пути.
Цистеиновая кислота—фосфосерин — таурин—фосфоэтаноламин— (таурин)— мочевина—метионинсульфоксид—аспарагиновая кислота—оксипролин— треонин—серии — аспарагин — гомосе-рин—глутаминовая кислота—глутамин — саркозин — а-аминоадипиновая кислота — пролин — лантионин — глицин — аланин — цитруллин—а-амино-к-масляная кислота—цистин—валин— (цистин)—пиперолиновая кислота— метионин—цистатионин—(метионин),— диаминопимелиновая кислота—аллоизолейцин—изолейцин—лейцин — нор-лейцин — тирозин— Р-аланин —фенилаланин—(Р-аланин)—а-аминоизомасля-ная кислота—у-аминомасляная кислота—этаноламин—аммоний— оксилизин —орнитин — креатинин—лизин— (гистидин)—1 -метилгистидин — гистидин — 3-метилгистидин — ансерин — триптофан—(этаноламин—лизин —орнитин—> аммоний)—е-амино-к-капроновая кислота—карнозин—аргинин
Представителем диаминодикарбоновых кислот является а-, 8-диаминопимелиновая кислота
>
Похожие статьи
Содержание статьи
Обратите внимание: