32.15. Новообразованные белки наружной мембраны содержат отщепляемую сигнальную последовательность
Белки, синтезируемые грам-отрицательными бактериями, могут локализоваться в цигозоле, плазматической мембране, периплазматическом пространстве, наружной мембране или внеклеточной среде. Каким образом новосинтезированная молекула попадает в нужное место, выбирая из пяти возможных направлений правильное? Для выяснения этого вопроса очень важное значение имеет следующий факт: как оказалось, липопротеин наружной мембраны синтезируется в виде пролипопротеина, содержащего на N-конце 20 дополнительных остатков
Рис. 32.24. Последовательность аминокислот N-концевой части пролипопротеина. Эта сигнальная последовательность содержит много гидрофобных остатков (показаны желтым цветом).
Рис. 32.25. У прокариот синтез белков клеточной оболочки происходит на рибосомах, прикрепленных к плазматической мембране. Сигнальная последовательность (показана красным цветом) новообразованного полипептида направляет рибосомы к плазматической мембране, а также обеспечивает перенос белка через нее.
аминокислот (рис. 32.24). Аналогичным образом и другие белки, предназначенные для плазматической мембраны или еще более наружно расположенных участков, несут сигнальные последовательности, отличающие их от тех белков, которые остаются в цитозоле. Рибосомы, синтезирующие белки, предназначенные для выхода из цитозоля, соединяются с плазматической мембраной посредством именно этих крайне гидрофобных N-концевых последовательностей. Таким образом, начальные этапы процесса секреции у прокариот и эукариот очень сходны (разд. 29.30). Однако есть и различие: у прокариот рибосомы, синтезирующие белки клеточной оболочки, прикрепляются к плазматической мембране (рис. 32.25), тогда как у эукариот рибосомы с аналогичной функцией связываются с эндоплазматическим ретикулумом (разд. 29.29). Как и у эукариот, пептидазы прокариот отщепляют сигнальные последовательности новосинтезированных белков, как только эти белки минуют барьер мембраны.
Гипотеза сигнальных последовательностей подтверждается данными, полученными при изучении бактериальных мутантов; проиллюстрируем это на примере белка, связывающего мальтозу: его масса 
он участвует в поглощении мальтозы клеткой. Обычно этот белок локализован в периплазматическом пространстве. Однако при мутации, затрагивающей N-конец его предшественника, локализация белка (в его зрелой форме) меняется: замещение гидрофобной аминокислоты в сигнальной последовательности на заряженный остаток приводит к накоплению связывающего мальтозу белка в цитозоле. Таким образом, следствием замены всего лишь одного аминокислотного остатка оказалось изменение локализации белка: вместо периплазматического пространства - цитозоль. Рассмотрим обратную ситуацию: может ли белок цитозоля ошибочно попасть в наружную мембрану? Часть гена, ответственного за синтез N-концевой части белка-переносчика мальтозы (белок наружной мембраны, являющийся также рецептором фага X), соединили с геном b-галактозидазы. Кодируемый полученным геном белок-химера накапливался не в цитозоле, как это свойственно b-галактозидазе, а в наружной мембране. Этот опыт показывает, что N-концевая последовательность новосинтезированной полипептидной цепи - это своего рода форма записи адреса белков клеточной оболочки. Совершенно очевидно, что клетки прокариот, как и эукариот, способны транспортировать белки в соответствующие участки. Молекулярные основы этого процесса сортировки белков - важная область современных исследований.
Заключение
Бактериальные клетки окружены клеточными стенками, которые защищают их от
осмотического лизиса. Клеточная стенка грам-положительных бактерий имеет обычно толщину 250 А и состоит из пептидогликана и тейхоевой кислоты; клеточная поверхность грам-отрицательных бактерий имеет более сложное строение. Клеточная стенка - это одна огромная макромолекула, имеющая форму мешка. Пептидогликан из 
содержит 3 повторяющихся звена; 
тетрапептид из 
и L-остатков и пентаглициновую цепь. Пентаглициновые звенья поперечно связывают отдельные по-лисахаридные цепи. В биосинтезе пептидогликанов используются активированные сахара в форме UDP-NAG и UDP-NAM. Биосинтез протекает в пять этапов: 1) на остатке NAM, присоединенном к UDP, наращивается пептидное звено; 2) NAM-пептид переносится на липидный переносчик;
3) к NAM-пептидной единице присоединяются NAG и пентаглициновый мостик;
4) NAG-NAM - пептидное звено переносится от липидного переносчика на растущую по-лисахаридную цепь; 5) аминогруппа пента-глицинового мостика на одной полисаха-ридной цепи атакует концевую D-Ala-D-Ala-пептидную связь в тетрапептиде, принадлежащем другой цепи, и таким образом образуется поперечная сшивка между полисахаридными цепями.
Пенициллин убивает бактерии, подавляя синтез клеточных стенок. Пенициллин похож по структуре на ацил-D-Ala-D-Ala и содержит высокореакционноспособную пептидную связь. Он необратимо ингибирует гликопептид-транспептидазу и тем самым блокирует образование поперечных сшивок в пептидогликане. Некоторые бактерии резистентны к действию пенициллина благодаря наличию пенициллиназы, гидролизующей и тем самым инактивирующей пенициллин.
Грам-отрицательные бактерии в отличие от грам-положительных имеют наружную мембрану, расположенную над слоем пептидогликана. Кроме того, между плазматической мембраной грам-отрицательных бактериальных клеток и слоем пептидогликана имеется периплазматическое пространство. Наружная мембрана состоит из крайне своеобразных липополисахаридов. Эти амфипатические соединения содержат заякоренный в наружном слое наружной мембраны липид А, а также еще более наружно расположенные олигосахарид и 
-боковые цепи.
О-боковые цепи, в состав которых входят необычные сахара, образуются путем полимеризации тетрасахаридных звеньев на липидном переносчике. Разнообразие структуры 
-боковых цепей позволяет грам-отрицательным бактериям обойти иммунологическую защиту организма-хозяина. По содержащим воду каналам в наружной мембране происходит диффузия небольших полярных (но не гидрофобных) молекул; эти каналы образованы трансмембранно расположенным белком порином. Молекулы большей величины, например мальтоза или витамин 
проходят сквозь мембрану благодаря наличию специфических систем их транспорта. К числу основных белковых компонентов наружной мембраны относится небольшой липопротеин, посредством которого мембрана прикрепляется к подлежащему слою пептидогликана. Белки клеточной оболочки синтезируются на рибосомах, присоединенных к плазматической мембране. Предшественники этих белков содержат N-концевые сигнальные последовательности, которые отщепляются после переноса белка-предшественника через мембрану.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
(см. скан)
