Ārpusšūnas transpeptidācija

Procesa īpatnības

Tā kā eikariotos parasti visas nepieciešamas peptīdsaites tiek veidotas ribosomās intracelulāri, problēmas ar enerģijas nesējiem arī neeksistē: šūnas iekšienē vienmēr ir pieejamas nukleozīdu trifosfātu molekulas, kuras tiek izmantotas enerģijas iegūšanai.

Atšķirībā no eikariotiem, prokariotiem bieži ir nepieciešams veidot peptīdsaites arī ārpus šūnas. It īpaši problēma ir aktuāla Gr+ baktērijām. Tām nav ārējās lipīdu membrānas un virsmas proteīni tiek piestiprināti pie šūnas sienas. Daudziem Gr+ baktēriju veidiem virsmas proteīni tiek piestiprināti kovalenti pie aminoskābju tiltiņiem, kuri savieno šūnas sienas polisaharīdu ķēdes savā starpā. Šajā gadījumā tiek veidota peptīdsaite starp virsmas proteīna aminoskābi un tiltiņa aminoskābi, un kopumā notiek transpeptidācijas reakcija, kura notiek šūnas sienā.

Kad process notiek, tiek risināta diezgan nopietna problēma. Tā kā kopumā reakcija ir sintēze, tātad veidojas jaunas ķīmiskas saites, tai ir nepieciešams pievadīt enerģiju, bet ārpus šūnas nav ATF un šūnas to netransportē no citoplazmas (citādi būtu milzīgi enerģijas zudumi – ATF un citi trifosfāti ir salīdzinoši mazas molekulas un tie brīvi var difundēt vidē, tāpēc arī pārsvarā ATF tiktu zaudēts un tikai niecīga daļa no visiem nesējiem būtu izmantojama). Tāpēc ir nepieciešams risināt enerģijas transporta jautājumu.

Baktērijas atrada drošu enerģijas piegādes veidu – tā tiek pārnesta paša substrāta saitēs. Ekstracelulārās transpeptidāzes ne tikai veido peptīdsaites (līdzīgi ribosomām), bet arī hidrolizē tos. Saišu šķelšanas procesā saites tiek sagrautas, tātad procesā tiek izdalīta enerģija, kura tiek izmantota jaunas peptīdsaites sintēzei. No otras puses transpeptidāze nedrīkst šķelt peptīdsaites substrātā nespecifiski, citādi, tas tiks iznīcināts. Tāpēc arī ekstracelulārās transpeptidāzes šķeļ substrātu tikai noteiktās vietās.

Transpeptidāžu nozīme un to substrāti (virsmas proteīni)

Gram-pozitīvo baktēriju virsmas proteīni ir iesaistīti vairākos baktēriju dzīves cikla nozīmīgos procesos, starp kuriem ir adhēzija (piestiprināšanās) pie noteiktiem saimniekorganisma audiem, rezistence pret fagocitozi, saimniekšūnu inficēšana (Cossart and Lecuit 1998). Vairāki gram-pozitīvo baktēriju virsmas proteīni, kuri ir kovalenti saistīti ar šūnas sienu veidojošām makromolekulām, satur konservatīvo LPXTG (X = D, E, A, N, Q, K) sekvenci (Mazmanian et al. 2001). Ir parādīts, ka sekvence ir atrodama vairāk nekā 100 proteīnos no dažādām Gram-pozitīvām baktērijām (Navarre and Schneewind 1999). Virsmas proteīni ir sintezēti citoplazmas ribosomās ar transpeptidāžu atpazīšanas sekvencēm un transportēti uz ārpusšūnas telpu, kur tiek enzimātiski piestiprināti pie šūnas sienas proteoglikāniem.

Staphylococcus aureus šūnās tādi virsmas proteīni, kā, piemēram, porteīns A (patogēnām baktērijām ļoti būtisks proteīns, kurš var saistīties ar saimniekorganisma antivielām un tādā veidā "paslēpt" baktēriju no imūnsistēmas), pirms kovalentas saistīšanās tiek sašķelti (hidrolizēti) starp LPXTG sekvences T un G aminoskābju atliekām. Pēc hidrolīzes substrāta T aminoskābes atlieka veido peptīdsaiti ar šūnas sienas tiltiņu aminoskābēm. Tika parādīts, ka baktērijas ar mutācijām nelielā proteīnā, kurš tika nosaukts par srtA (sortāzi A), nespēja pabeigt proteīna-reportiera (ar LPXTG) motīvu nobriešanu un piestiprināšanu pie šunas sienas (Mazmaian et al. 1999). Pašlaik, S. aureus sortāze A ir labi aprakstīta, citu baktēriju transpeptidāzes pēc uzbūves un mehānismiem ir līdzīgas S. aureus enzīmam, tāpēc šajā referātā apskatīsim tieši to.

5. Attēls. Virsmas proteīnu sintēze un piestiprināšana pie šūnas sienas S. aureus šūnās. 1) Proteīns tiek sintezēts intracelulāri ribosomās ar transpeptidāzes atpazīšanas sekvenci. Procesam tiek piegādāta enerģija GTF veidā. 2) Proteīns tiek transportēts uz ārpusšūnas telpu. 3) Šūnas sienā proteīns tiek sašķelts transpeptidāzes atpazīšanas vietā un transpeptidāze iegūst enerģiju turpmākai sintēzei. 4) Transpeptidāze veido peptīdsaiti starp sašķeltā proteīna aminoskābi un šūnas sienas aminoskābju tiltiņa aminoskābi. Attēla autors: Dmitrijs Žuļenkovs (© D. Žuļenkovs 2008)