Mehanizem delovanja betalaktamov in glikopeptidov

Sinteza bakterijske celične stene

Celična stena daje bakterijski celici trdnost in ščiti celično membrano pred poškodbami zaradi celičnega turgorja. V glavnem jo sestavlja polimer peptidoglikan, ki mu pravimo tudi murein. Po Gramu negativne bakterije imajo dve celični membrani, med katerima se v periplazemskem prostoru nahaja celična stena. Ta je široka od 7 nm do 8 nm in je sestavljena le iz nekaj plasti peptidoglikana. Po Gramu pozitivne bakterije nimajo dodatne zunanje celične membrane, celična stena, ki obdaja njihovo plazmalemo, pa je bolj debela. V širino meri od 20 nm do 80 nm, gradi pa jo lahko do 40 plasti peptidoglikana.

Peptidoglikan je zgrajen iz vzporednih sladkornih verig, povezanih preko oligopeptidov. V sladkornem ogrodju so izmenjujoče nanizani ostanki N-acetilglukozamina (NAG) in N-acetilmuraminske kisline (NAM), ki so povezani z β(1 → 4) glikozidno vezjo. Na D-laktilno skupino vsakega ostanka NAM je vezan tetrapeptid. Aminokisline v tem peptidu si sledijo po zaporedju: L-alanin, D-glutamin, 2,6-diaminopimelinska kislina (DAP) in D-alanin pri po Gramu negativnih bakterijah, pri po Gramu pozitivnih bakterijah pa je na tretjem mestu namesto DAP L-lizin. Pri po Gramu pozitivnih bakterijah ta povezava ni direktna, ampak poteka preko peptidnih mostičkov, ki so ponavadi sestavljeni iz petih zaporednih glicinskih ostankov.

Pri sintezi celične stene se sestavni elementi peptidoglikana izgradijo v citosolu, nato pa se prenesejo v periplazmo, kjer se povežejo med seboj. Na začetku se na molekulo NAM postopoma pripne 5 aminokislinskih ostankov. Prvi štirje si sledijo po prej navedenem zaporedju, kot peti pa je pripet še en dodaten D-alanin. Nastala molekula se nato preko NAM pripne na lipid C55-izoprenil pirofosfat, imenovan tudi baktrofenil, ki se nahaja v proti citosolu usmerjeni polovici celične membrane. Z NAM se v naslednjem koraku poveže NAG, na peptidni del pa se lahko doda še povezovalni glicinski mostiček. Celotna molekula se sedaj iz notranje polovice lipidnega dvosloja ob pomoči flipaze FtsW prestavi v zunanjo polovico, tako da sladkorno-peptidni del gleda v periplazemski prostor. V periplazmi poteka povezovanje peptidoglikanskih enot s pomočjo transglikozilaz in transpeptidaz, ki jih z nadpomenko imenujemo penicilin-vezavni proteini (PBP). Transglikozilaza prepozna na lipidno komponento vezan peptidoglikanski prekurzor in poveže četrti C-atom ostanka NAG na prekurzorju s prvim C-atomom NAM, ki se nahaja na koncu izgrajujoče peptidoglikanske verige. Pri tem nastane β(1 → 4) vez, baktrofenil pa se odcepi in prenese nazaj v notranjo polovico fosfolipidnega dvosloja, kjer je pripravljen na sprejem novega prekurzorja. Sedaj se morajo oligopeptidi še prečno povezati, kar katalizira transpeptidaza. Encim odcepi končni D-alanin s pentapeptida na prekurzorju in D-alanin na preostalem tetrapeptidu poveže s tretjim aminokislinskim ostankom v sosednjem tetrapeptidu, bodisi direktno, bodisi preko vmesnega glicinskega mostička.

Bakterije lahko lastno celično steno tudi razgrajujejo. Pri tem sodelujejo avtolizini, ki so potrebni za obnavljanje in spreminjanje oblike celične stene, ter regulacijo njene rasti. Procesa izgrajevanja in razgrajevanja sta uravnotežena, ob določenih pogojih pa avtolizini sprožijo intenzivnejšo razgradnjo stene, ki vodi v celično lizo. Ta je lahko tudi posledica delovanja antibiotikov.