Антибиотические вещества, подавляющие синтез белка

Впервые специфическое ингибирование синтеза белка бактерий антибиотиками было установлено в 1951 г. Синтез белка у организмов происходит в основном в цитоплазме на рибосомах. Рибосомы — это рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входят высокополимерные РНК и белки. У прокариотных организмов эта структура диссоциирует на две субъединицы: 50 S и 30 S. В бактериальной клетке рибосомы рассеяны по всей цитоплазме.Биохимическая роль рибосом — синтез белка. На рибосомах

происходит соединение отдельных аминокислот в полипептиды, завершающееся образованием вторичной и третичной структуры белков. Синтез белка в клетках происходит в результате постепенного вовлечения аминокислот в этот процесс через три

последовательные стадии: активации, переноса и собственно синтеза.

1. Активация аминокислот. В процессе биосинтеза белка могут участвовать лишь активированные L-аминокислоты — аминоациладенилаты. Активация аминокислот происходит с помощью аденозинтрифосфата (АТФ), ионов Mg2+ и при участии фермен-

фермента аминоацил-тРНК-синтетазы

2. Стадия переноса. Под действием фермента аминоацил-тРНК-синтезаты аминоациладенилат соединяется с транспортной РНК (тРНК), образуя аминоацил-тРНК

Аминоацил-тРНК имеет код, используемый в дальнейшем для занятия своего места в полипептидной структуре. Рибосомы связаны с информационной, или матричной, РНК (мРНК), определяющей порядок чередования аминокислот в полипептидных

цепочках.

3. Стадия собственно синтеза белка. Комплекс аминоацил- тРНК переносится на рибосомы, где и происходит синтез белка. Сборка полипептидных цепей (образование амидных связей) какатализируется 50 S субъединицей рибосомы, выступающей как р и -

б о з и м. Этот процесс происходит довольно быстро:связывается до 17 аминокислотных остатков за секунду. Конечная стадия биосинтеза молекулы белка завершается на рибосоме. Синтезированный белок затем распределяется по всей клетке. Сформировавшиеся белки освобождаются от рибосом,которые после этого могут присоединять новые комплексы амино-ацил-тРНК и синтезировать новые белковые молекулы.

Таким образом, целостность и функциональная активность рибосом в клетках — одно из необходимых условий синтеза белковых молекул.

К числу антибиотиков, ингибирующих образование комплекса аминоацил-тРНК, можно отнести индолмицин, боррелидин и фураномицин. Индолмицинобразуется одним из штаммов Streptomyces griseus и по своей структуре является аналогом триптофана:

Индолмицин конкурирует с триптофаном в реакции активации.Боррелидин продуцируется культурой S. rochei. Он выступает в качестве конкурента треонина

и ингибирует реакцию переноса.

Фураномицин, образуемый S. threomyceticus, конкурирует с изолейцином CH3CH2CH(CH3)CH(NH2)COOH и ингибирует реакцию переноса этой аминокислоты.

Более подробно рассмотрим антибиотики, подавляющие синтез белка, в их числе аминогликозиды, тетрациклины, хлорамфеникол.

Аминогликозидные антибиотики в процессе воздействия на синтез белка связываются с 30 S субъединицами рибосом. Некоторые из них подавляют реакцию инициации (стрептомицин, неомицин), другие — транспептидации (неомицин, канамицины) или транслокации (неомицин, кана- мицины, гентамицин и др.).

Стрептомицин и другие аминокликозиды благодаря поликатионной природе их молекул быстро проходят через водные пориновые каналы внешней мембраны грамотрицательных бактерий только в аэробных условиях. В процессе взаимодействия этих антибиотиков с клетками бактерий аминогликозиды вытесняют ионы Mg2+ и Са2+ из внешней мембраны и благодаря этому дезорганизуют мембрану, стимулируя свое проникновение. Вместе

с тем эти антибиотики очень слабо проникают через цитоплазматическую мембрану анаэробных организмов.

Стрептомицин оказывает глубокое и разнообразное влияние на обмен веществ чувствительных к нему микроорганизмов. Антимикробное действие препарата в основном состоит в том, что он тормозит синтез белка в клетке бактерий. Перед полным подавлением синтеза белка антибиотик успевает нарушить последовательность аминокислот в белках и в результате этого вызвать образование дефектных белков, которые, накапливаясь в мембране, приводят к нарушению ее барьерных функций.

Стрептомицин и другие аминогликозиды ингибируют синтез белка на конечных этапах этого процесса — они тормозят образование белковой молекулы на стадии переноса аминоацил-тРНК к рибосомам, не затрагивая начальную стадию, т.е. стадию акти-

активации аминокислот. Основной мишенью действия аминоглико-

зидов является бактериальная рибосома и связанный с нею син-

синтез белка.

Антибиотик ингибирует белковый синтез благодаря избирательному взаимодействию с 30 S субчастицами рибосомы,вызывая изменение ее А-участка и нарушая, таким образом, процесс поступления аминоацил-тРНК в рибосому и его правильную ориентацию. При таком вмешательстве аминогликозидов происходит ошибочное считывание генетического кода (матрицы), что приводит к неправильному образованию полипептидов, содержащих большое число ошибок. В итоге проявляется бактериоцидный эффект антибиотиков.

Хлорамфеникол, с одной стороны, подавляет синтез белка у бактерий на стадии переноса аминокислот от аминоацил-тРНК к рибосоме, т.е. на конечном этапе биосинтеза белковой

молекулы, а с другой — тормозит освобождение рибосомы от пептида, что также приводит к прекращению синтеза белка. Антибиотик блокирует связывание аминоацилолигонуклеотидногофрагмента аминоацил-тРНК с 50 S субъединицами рибосомы. Он тормозит процесс образования из аминокислот полипептидной цепочки и в конечном счете биосинтез белков.

Антибиотик ингибирует трансферазы бактериальных рибосом. Он легко взаимодействует

с 50 S субъединицей. Это позволяет использовать хлорамфеникол в качестве ингибитора белкового синтеза при различных лабораторных исследованиях, связанных с данным процессом (изучение системы фаг—хозяин, синтез адаптивных ферментов и др.).

Под влиянием антибиотика нарушается нормальный синтез РНК, в то время как синтез ДНК непосредственно не тормозится им.

Хлорамфеникол избирательно подавляет рост многих видов бактерий, но в тех же концентрациях не оказывает заметного действия на развитие грибов, простейших и клеток животных. Устойчивость этих организмов может быть объяснена, с одной

стороны, способностью их мембран не пропускать антибиотик, с другой — отличием путей биосинтеза белка у бактерий.

К числу антибиотиков, подавляющих синтез белка, относятся также циклогексамид (подавляет пептидилтрансферазную активность 50 S рибосомальных субъединиц), эритромицин(связывает 50 S субъединицы и ингибирует транслокацию), пуро-

мицин (этот антибиотик — аналог тРНК, подавляет образование пептидных связей в процессе биосинтеза белка) и некоторые другие антибиотики.

.3.Ацетил КоА-важное соединение в обмене веществ, используемое во многих биохимических реакциях. Его главная функция – доставлять атомы углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот, чтобы те были окислены с выделением энергии. По своей химической структуре ацетил-КоА – тиоэфир между коферментом А (тиолом) и уксусной кислотой (носителем ацильной группы). Ацетил-КоА образуется во время второго шага кислородного клеточного дыхания, декарбоксилирования пирувата, который происходит в матриксе митохондрии. Ацетил-КоА затем поступает в цикл трикарбоновых кислот.

Путь переноса в цитозоль с описание образования ацетил-КоА:

При поступлении глюкозы в клетки она в цитозоле окисляется до пирувата ,пируват проходит через внутреннюю мембрану митохондрий и окисляется в матриксе до ацетил-КоА. Образовавшийся ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом (ЩУК) с образованием цитрата, а цитрат выходит из митохондрии в цитозоль.

Поступивший в цитозоль цитрат, во-первых, служит источником ацетил-КоА и восстановительных эквивалентов для синтеза высших жирных кислот, а, во-вторых, активирует фермент ацетил-КоА-карбоксилазу, стимулируя тем самым образование малонил-КоА, также не-
обходимого для синтеза высших жирных кислот. В результате при избытке глюкозы в клетке запускается синтез жирных кислот.

Малонил-КоА в свою очередь угнетает перенос высших жирных кислот из цитозоля в матрикс митохондрий, ингибируя активность внешней ацетил-КоА:карнитин-ацилтрансферазы, выключая таким образом окисление высших жирных кислот.