Микробиология, вирусология — ПСБГПМУ, Педиатрия
Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой многослойную, ригидную структуру толщиной 20–80 нм, расположенную снаружи от цитоплазматической мембраны. В отличие от грамотрицательных бактерий, она не содержит внешней мембраны и липополисахарида, но характеризуется значительно большей толщиной и плотностью пептидогликана.
1. Пептидогликан (муреин) — главный структурный компонент, составляет 50–90% сухой массы клеточной стенки. Состоит из:
2. Тейхоевые кислоты (TA) — полимеры глицеринфосфата или рибитолфосфата, соединённые фосфодиэфирными связями. Прикрепляются к NAM пептидогликана. Выполняют роль основных антигенов (антигены группы у стрептококков), участвуют в регуляции активности автолизинов и связывании ионов Mg²⁺.
3. Липотейхоевые кислоты (LTA) — похожи по строению на тейхоевые, но ковалентно связаны с гликолипидом цитоплазматической мембраны. Пронизывают пептидогликан и выходят на поверхность. LTA являются PAMPs (патоген-ассоциированными молекулярными паттернами), распознаются рецепторами TLR-2 и TLR-4, вызывая воспалительный ответ. Участвуют в адгезии бактерий к клеткам хозяина.
4. Полисахариды — могут составлять до 10% массы. Часто формируют капсулу (например, у Streptococcus pneumoniae), которая защищает бактерии от фагоцитоза.
5. Белки — поверхностные белки (например, белок M у Streptococcus pyogenes), ковалентно связанные с пептидогликаном через сортазный механизм. Обеспечивают адгезию, инвазию, уклонение от иммунитета.
6. Липиды — в небольшом количестве представлены преимущественно липотейхоевыми кислотами.
> [!simple] Простыми словами: Клеточная стенка грамположительных бактерий — это толстый, как броня, слой из сахаров и аминокислот (пептидогликана), прошитый дополнительными «ремнями» (поперечными мостиками). Сверху на этот слой прикреплены длинные цепочки тейхоевых кислот — они торчат наружу, как антенны, и используются бактерией для прикрепления к тканям и распознавания иммунной системой.
1. Поддержание формы и осмотической стабильности. Пептидогликан — жёсткая сеть, которая противодействует тургорному давлению (5–20 атмосфер). При повреждении пептидогликана (например, лизоцимом) бактерия лизируется — превращается в протопласт.
2. Защита от внешних воздействий. Толстый слой пептидогликана делает грамположительные бактерии устойчивыми к механическому стрессу.
3. Регуляция транспорта веществ. Стенка выполняет роль молекулярного сита — пропускает молекулы с массой до ~50 кДа.
4. Участие в патогенезе:
5. Мишень для антибиотиков. Пептидогликан синтезируется ферментами, отсутствующими у человека. Ключевые мишени:
6. Антигенная специфичность. Тейхоевые кислоты и пептидогликан ответственны за групповую и типовую специфичность при серотипировании (например, группы A, B, C стрептококков).
> [!example] Пример: Staphylococcus aureus — типичный грамположительный кокк. Его клеточная стенка содержит толстый пептидогликан (с пентаглициновыми мостиками), большое количество липотейхоевых кислот и белок A (связывает Fc-фрагмент IgG). Именно из-за устойчивости к лизоциму и β-лактамам (из-за модификации PBP — mecA ген) он часто является возбудителем внутрибольничных инфекций.
Морфогенез — это процесс сборки и ремоделирования клеточной стенки в течение клеточного цикла. Он требует строгой координации синтеза, встраивания новых элементов и разрыва старых связей.
Фаза 1: Синтез предшественников в цитоплазме
1. Фруктозо-6-фосфат → глюкозамин-6-фосфат → NAG-фосфат.
2. Из NAG синтезируется UDP-NAG (урозил-дифосфат-N-ацетилглюкозамин).
3. Добавление лактильного остатка (от фосфоенолпирувата) к UDP-NAG → UDP-NAM (N-ацетилмурамовая кислота).
4. Последовательное присоединение аминокислот к UDP-NAM:
Фаза 2: Перенос через цитоплазматическую мембрану
Фаза 3: Полимеризация и поперечная сшивка
Фаза 4: Активность автолизинов
Для встраивания новых компонентов необходимо разрушить старые связи. Автолизины (например, N-ацетилмурамидаза, N-ацетилглюкозаминидаза) гидролизуют строго определённые участки пептидогликана — создают «окна» для вставки предшественников. Дисбаланс (избыток автолизинов при блокаде синтеза β-лактамами) ведёт к лизису.
> [!simple] Простыми словами: Строительство клеточной стенки напоминает конвейер. Сначала в цитоплазме собираются «кирпичики» (UDP-сахара с аминокислотным хвостом). Их загружают на «лодку» (бактопренол) и перевозят через мембрану наружу. Там специальные ферменты-строители (PBP) укладывают кирпичики в ряд (сшивая сахара) и скрепляют их перемычками (сшивая аминокислоты). Чтобы новый ряд поместился, старые связи сначала разрезают автолизины — как «ножницы». Если ножницы работают, а строители остановлены антибиотиком, стенка разрушается — бактерия гибнет.
> [!critical] Ключевой факт: Клеточная стенка грамположительных бактерий содержит многослойный пептидогликан с частыми поперечными сшивками (70–90%), тейхоевые и липотейхоевые кислоты, но лишена внешней мембраны. Поперечная сшивка пептидогликана катализируется транспептидазами (PBP), которые являются мишенями β-лактамных антибиотиков. Автолизины и флиппазы (FtsW, RodA) необходимы для встраивания предшественников и деления бактерии.
---
Итог. Клеточная стенка грамположительных бактерий — это толстая (20–80 нм), преимущественно пептидогликановая структура с ковалентно присоединёнными тейхоевыми кислотами, выполняющая функции осмотической защиты, придания формы, патогенности (адгезия, активация TLR) и являющаяся ключевой мишенью антибиотиков (β-лактамы, ванкомицин). Её биосинтез включает цитоплазматический синтез предшественников, мембранный транспорт на бактопреноле, полимеризацию и сшивку транспептидазами (PBP) при обязательном участии автолизинов для создания пространства.
Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по Микробиологии, вирусологии