Особенности клеточной стенки грамотрицательных бактерий

Клеточная стенка грамотрицательных бактерий значительно тоньше, и у боль­шинства из них ее толщина составляет 14—18 нм. Четко выделяются два слоя — пластичный и ригидный, они связаны лабильно и отделяются друг от друга при обработке додецилсульфатом натрия. Основная особенность клеточной стенки грамотрицательных бактерий: ригидный слой тонкий, представлен одним или, редко, двумя слоями пептидогликана, на долю которого приходится до 5—10 % су­хого веса стенки. Для пептидогликана характерно низкое содержание поперечных сшивок между пептидными цепочками, однако в нем почти всегда имеется диамино-пимелиновая кислота.

В составе клеточной стенки содержится много липопротеинов, фосфолипидов, липополисахарид, больше белка и, как правило, отсутствуют тейхоевые кислоты. Пластичный слой клеточной стенки у грамотрицательных бактерий представляет собой сложную мозаику, образованную из липопротеинов, липополисахаридов и на­ружной мембраны.

Липопротеины связывают наружную мембрану с пептидогликаном (белок свя­зан с диаминопимелиновой кислотой бокового тетрапептида, а липид — нековалент-но с наружной мембраной).

Липополисахарид (ЛПС) состоит из комплекса липида А и связанного с ним по­лисахарида, состоящего из ядра, которое одинаково у всех грамотрицательных бак­терий, и терминальной цепочки из повторяющихся Сахаров (рис. 6). Последние у разных видов бактерий различаются по химической природе. Они обычно пред­ставлены линейными трисахаридами или разветвляющимися тетра- или пентасаха-ридами. Терминальные повторяющиеся единицы полисахарида ЛПС располагаются на поверхности клетки в виде микроворсинок и определяют ее антигенную специ­фичность. ЛПС синтезируется на цитоплазматической мембране, а затем транспор­тируется в наружную часть клетки, он прикреплен к наружной мембране с помощью гидрофобных связей. ЛПС выполняет две важнейшие функции у грамотрицатель­ных бактерий: во-первых, он определяет их антигенную специфичность, а во-вто­рых, является одним из главных факторов их патогенное™. ЛПС — это эндотоксин. Его токсичность определяется липидом А. Кроме того, ЛПС в организме запускает синтез около 20 различных биологически активных соединений, которые опосреду­ют патогенез эндотоксикоза, и обладает пирогенным действием.

Наружная мембрана, подобно любой биологической мембране, состоит из двух слоев липидов, но в ней значительная часть фосфолипидов наружного слоя замеще­на молекулами липополисахаридов и набором белков, локализованных мозаично (рис. 7). В состав этих белков, заключенных в фосфолипидную матрицу, входят 3 или 4 основных (major), которые составляют около 70 % суммарных белков на­ружной мембраны; липопротеины и второстепенные белки, числом более 10. Два из основных белков проходят через оба слоя мембраны и прочно связаны с пептидо­гликаном. Эти белки-порины располагаются в виде триплетов и образуют диффузи­онные поры, через которые в клетку проникают мелкие гидрофильные молекулы. Второстепенные белки выполняют разнообразные специфические функции: одни из них участвуют в облегченной диффузии, другие - в активном транспорте молекул через наружную мембрану и выступают в качестве специфических рецепторов для фагов и колицинов. Некоторые из этих белков участвуют в конъюгации (являются рецепторами для донорных ворсинок), в контроле репликации ДНК и регуляции клеточного деления. Наружная мембрана осуществляет также функцию барьера, через который в клетку не способны проникать крупные молекулы (один из механизмов неспецифической ус­тойчивости грамотрицательных бак­терий к антибиотикам). Если бакте­рии поместить в гипертонический раствор, наступает резкое обезвожи­вание клеток, цитоплазма съежива­ется, и протопласт отходит от кле­точной стенки. Это явление называ­ется плазмолизом. В результате плазмолиза клетки гибнут. Этим свойством широко пользуются для консервирования пищевых продуктов с помощью концентрированных растворов поваренной соли или сахара. Однако плазмолиз проявляется не в одина­ковой степени у разных видов бактерий. К нему особенно устойчивы Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, которые являются частыми виновниками пищевых отравле­ний. В случае помещения бактерий в дистиллированную воду или гипотонические растворы солей происходит противоположное явление — плазмоптиз: вода устремля­ется в клетки, происходит их набухание и разрушение.

При обработке грамположительных бактерий ферментами, разрушающими пеп-тидогликан, возникают протопласты, т. е. структуры, полностью лишенные клеточ­ной стенки. Обработка грамотрицательных бактерий лизоцимом разрушает только слой пептидогликана клеточной стенки, но наружная мембрана (или, по крайней ме­ре, часть ее) сохраняется. Такие структуры получили название сферопластов. Прото­пласты и сферопласты имеют сферическую форму и в соответствующих осмотичес­ких условиях сохраняют жизнеспособность. Особенно чувствительны к изменению осмотического давления протопласты. При определенных условиях они способны к размножению подобно L-формам бактерий. Нарушение синтеза клеточной стенки лежит в основе L-трансформации бактерий.