Toshkent farmatsevtika instituti ekologiya va mikrobiologiya kafedrasi kimyoviy mikrobiologiya fani bo

Mavzu: Xujayra devori va bakteriyalarning tuzilishi farqlari


Ma’ruzadan maqsad: Bakteriyalarning xujayra devoridagi tarkibiy qismlari va ularning miqdori bo‘yalishdagi axamiyati xaqida tushuncha beriladi.


Ma’ruza rejasi:

1. 
   Mikroorganizmlarning xujayra devoridagi asosiy moddalari to‘g‘risida ma’lumot.
   
2. 
   Xujayra devoridagi lipid, polisaxarid va oqsil moddalari tarkibi va toksin ishlab chiqarishdagi vazifasi.
   
3. 
   Xujayra devori tarkibi xisobiga bo‘yash usulida gram manfiy va gram musbat bo‘yalishini aniqlash.
   

Hujayra devori mikroorganizmlar evolyusiyasining ma’lum bir bosqichida hosil bo‘lgan. Arxeobakteriyalarda kimyoviy tarkib boshqa prokariot hujayra devorlaridan sezilarli farqlanishi qayd qilingan. Mikroorganizmlar evolyusiyasini hujayraning universal tashkil etilganligi va quyidagi qatorda differensiatsiyalanadi deb shartli ravishda qabul qilib: faglar va viruslar  bakteriyalar  achitqilar  mitselial zamburug‘lar  suv o‘tlari (o‘simliklar)  sodda hayvonlar, shuni ta’kidlash zarurki, faglar, viruslar va sodda hayvonlar hujayra devoriga ega emas (faglar va viruslar uni sintezlay olmaydi, sodda hayvonlar esa shu qobiliyatni yo‘qotgan). Arxeobakteriyalar (metan hosil qiluvchi bakteriyalar, obligat galofil bakteriyalari va termoatsidofil bakteriyalar) bakteriyalarga xos bo‘lgan peptidoglikan murein karkasiga ega emas. Faqat ularning ayrim turlari DAP o‘rniga atsetilqand va L-aminokislotalar saqlaydi, ularda D-aminokislotalar bo‘lmaydi.
Bakteriyalardan mitselial zamburug‘larga o‘tishda peptidoglikan molekulalari soddalashganligi kuzatiladi. Agar grammusbat bakteriyalar hujayra devorida peptidoglikan ko‘p qavatli bo‘lsa, grammanfiy bakteriyalarda bir qavatlidir. Gram ma’lumotlariga ko‘ra bakteriyalarning gramm bo‘yicha bo‘yalishi peptidoglikan bilan bog‘liq. Achitqi organizmlari va ipsimon zamburug‘lar murein karkasga ega emas. Ularda bu karkas o‘rnida o‘ziga xos marker - xitin joylashgan. Bu tashqi muhit nojo‘ya ta’siridan himoya qila oladigan qattiq universal struktura mavjudligini isbotlaydi. Ko‘pgina zamburug‘lar suvli muhitdan quruqlikdagi hayot tarziga o‘tib olgan. Xitin nafaqat o‘simlik organizmlarida, balki ayrim hayvonlar (bo‘g‘im oyoqlilar, baliqlar) da ham saqlanib qolgan.
Ipsimon zamburug‘larning hujayra devorida kletchatka hosil bo‘ladi, u massa jihatidan o‘simlik tanasida etakchi o‘rin egallaydi. Uglevod polimerlaridan tuzilgan fibrillyar-amorf matritsadan tashkil topgan zamburug‘ hujayra devorlarida proteinlar, glikoproteinlar, ba’zan lipidlar va lipoproteinlar aniqlangan. Masalan, Sascharomyces cerevisiae da «katta invertaza» fermenti va hujayra devoriga xitin mikrofibrillalarini tashuvchi xitosoma organellalari mavjud. Aspergillus niger, Botrytis cinerea, Neurospora crassa, N. sitophila hujayra devorlarida fosforillangan poligalaktozaminlar aniqlangan. Kasal odamlarda sezilarli allergiya chaqiruvchi patogen zamburug‘lar hujayra devorida glikoproteinlar aniqlangan. Dermatofitlardan ajratib olingan galaktano-mannano-peptid tezlashgan va sekinlashgan allergiya turlarida allergen sifatida namoyon bo‘ladi. Peptidning uglevod qismi birinchi turga tegishli, oqsil esa allergiyaning ikkinchi turiga tegishli. Zamburug‘lar hujayra devoridagi lipidlar va lipokonyugatlar juda kam miqdorlarda aniqlanadi, ayrim turlar (bir qator achitqi organizmlarida) da esa umuman uchramaydi.
Mitselial zamburug‘ hujayra devorlari naysimon tuzilishga ega, uning ichida hujayra membranasi bilan o‘ralgan sitoplazma mavjud. Hujayra devori himoya vazifasini bajaradi va moddalar almashinishi jarayonida ham ishtirok etadi. Bakteriya hujayra devori ko‘p komponentli sistema bo‘lib, unda gidrofob va gidrofil, zaryadlangan va zaryadlanmagan molekulalar o‘zaro ta’sirda bo‘ladi.
Grammusbat va grammanfiy bakteriyalardagi peptidoglikan yagona qonuniyat asosida tuzilgan. Uning asosida muram yoki glikolaktil (glyukomuram) kislota joylashgan (Mur N Ats) bo‘lib, u navbat bilan N-atsetilglyukozamin bilan bog‘lanadi, bioza ko‘rinishida 10-65 ta qaytariluvchi bloklardan zanjirga birikadi. Sut kislotasi karboksili o‘rni bilan L- va D-aminokislotalardan hosil bo‘lgan tetra- (tri-, penta-) peptidlar birikadi.
Bakteriyalar barcha peptidoglikanlari ikkita katta A va B guruhlariga bo‘linadi. A guruhda peptidoglikan subbirliklari o‘zaro diaminokislota E-aminoguruhlari va D-Ala karboksi guruhlar orqali bog‘lanadi:
Atipidagi peptidoglikanlarga qaraganda B tipidagi peptidoglikanlar kam uchraydi. Ular masalan fitopatogen korinebakteriyalarda aniqlangan. Glikokonyugatlarning ikkala tipida interpeptid bog‘larining ko‘pgina variantlari ma’lumdir. Agar interpeptid ko‘prik ma’lum bir aminokislota qoldig‘ini o‘zida tutsa, unda uni regulyarlar razryadi qatoriga kiritiladi (masalan, Starh aureus da); agar aminokislotalar har xil bo‘lsa, – noregulyarlar razryadiga kiritiladi. To‘g‘ri interpeptid bog‘ aminokislotali ko‘prik hosil bo‘lishini bekor qiladi.
Grammusbat bakteriyalarda peptidoglikan hujayra devorining quruq massasining 30-90%ni tashkil etadi, grammanfiy bakteriyalarda o‘rtacha 10%ga yaqin. Bu glikokonyugat rigid strukturalarga tegishli bo‘lishiga qaramay, u o‘zining konshaklsion holatlarida harakatchan. Bakteriyalar hujayra devoridagi peptidoglikan karkas rolini bajaradi, hujayra bo‘linishida osongina sintezlanib va ajraladigan (reparatsiyalanadigan); u to‘g‘ri yoki bilvosita hujayra modda almashinuvida ishtirok etib, turli moddalarni hujayra ichiga kirishini va undan chiqarishni ta’minlaydi (bunda grammusbat va grammanfiy bakteriyalar interpeptid ko‘priklarining zichligi va peptidoglikan molekulalarning qavati ahamiyatga ega. Grammusbat bakteriyalar peptidoglikan qavatini hujayra membranasidan keladigan lipoteyxoev kislotasi teshib o‘tadi. O‘z navbatida peptidoglikan bilan ribitteyxoev kislotasi bog‘lanib, S6 glikolaktil kislotasi bilan fosfodiefir bog‘larini hosil qiladi:
Teyxoev kislotalari hujayra uchun zarur bo‘lgan magniy ionlarni bog‘laydi; mikrob hujayrasining umumiy manfiy zaryadining shakllanishida ma’lum hissa qo‘shadi, bakteriofaglar uchun retseptor joy qismini hosil qiladi. Ayrim grammanfiy bakteriyalarda uglerod komponenti sifatida sial kislotalari aniqlangan. Sial kislotalari neyromin α-keto-β-amino-pentaoksikarbon yoki nonulozamin kislotalarining hosilalaridir. Neyramin kislotani mannozamin va pirouzum kislotasining aldol kondensatsiyasining mahsuli deb ko‘rish mumkin.
N-atsetil-O-atsetilneyramin kislotasining polimeri S guruhiga mansub bo‘lgan meningokokklar antigeni spetsifikligini belgilaydi. Lipoproteinlar grammanfiy bakteriyalar turiga kiruvchi Essherichia, Klebsiella, Pseudomonas, Proteus, Salmonella, Serratia va boshqalar hujayra devori tarkibiga kiradi. E soli lipoproteini 58 aminokislotani o‘zida tutib, ulardan gistidin, glitsin, prolin, triptofan va fenilalanin yo‘q, Polipeptid molekulyar massasi 7000 Da ga teng, ya’ni bu kichik protein blok strukturadir, uning terminal uchlarida yog‘ kislotalarining qoldiqlardan (R1-R2) eterifitsirlangan glitserilsistein tutadi. 58 ta aminokislotaning 9 tasi alaninga to‘g‘ri keladi; 7 tasi asparagin kislotasi bilan asparaginga; 6 tasi seringa; 5 tasi lizinga; 4 tadan valin, leysin va argininga; 3 tasi glutaminga; 2 tadan glutamin kislotasi, treonin va metioninga; 1 tadan izoleysin, tirozin va sisteinga to‘g‘ri keladi:
Teyxoev kislotalari hujayra uchun zarur bo‘lgan magniy ionlarni bog‘laydi; mikrob hujayrasining umumiy manfiy zaryadining shakllanishida ma’lum hissa qo‘shadi, bakteriofaglar uchun retseptor joy qismini hosil qiladi. Ayrim grammanfiy bakteriyalarda uglerod komponenti sifatida sial kislotalari aniqlangan. Sial kislotalari neyromin α-keto-β-amino-pentaoksikarbon yoki nonulozamin kislotalarining hosilalaridir. Neyramin kislotani mannozamin va pirouzum kislotasining aldol kondensatsiyasining mahsuli deb ko‘rish mumkin.
N-atsetil-O-atsetilneyramin kislotasining polimeri S guruhiga mansub bo‘lgan meningokokklar antigeni spetsifikligini belgilaydi. Lipoproteinlar grammanfiy bakteriyalar turiga kiruvchi Essherichia, Klebsiella, Pseudomonas, Proteus, Salmonella, Serratia va boshqalar hujayra devori tarkibiga kiradi. E soli lipoproteini 58 aminokislotani o‘zida tutib, ulardan gistidin, glitsin, prolin, triptofan va fenilalanin yo‘q, Polipeptid molekulyar massasi 7000 Da ga teng, ya’ni bu kichik protein blok strukturadir, uning terminal uchlarida yog‘ kislotalarining qoldiqlardan (R1-R2) eterifitsirlangan glitserilsistein tutadi. 58 ta aminokislotaning 9 tasi alaninga to‘g‘ri keladi; 7 tasi asparagin kislotasi bilan asparaginga; 6 tasi seringa; 5 tasi lizinga; 4 tadan valin, leysin va argininga; 3 tasi glutaminga; 2 tadan glutamin kislotasi, treonin va metioninga; 1 tadan izoleysin, tirozin va sisteinga to‘g‘ri keladi.
Lipoprotein bir qismi peptidoglikan (2,4ּ10⁵ molekula bir hujayraga) bilan bog‘langan, lekin uning katta qismi erkin holda (4,8.10⁵ molekula 1 hujayraga) turadi. Funksional jihatdan lipoproteinlar rigid struktura sifatida hujayraning shaklini saqlashda va turli moddalarni tarnsportida hujayra devorining integrativligini ta’minlaydi, bundan tashqari peptidoglikanli va fosfolipidli qavatlari orasidagi o‘ziga xos vositachi vazifasini bajaradi.
Fosfolipidlar topologik jihatdan lipoprotein qavatidan tashqarida joy egallaydi, ya’ni lipoprotein va lipopolisaharid oralig‘ida 1 mkm² shartli yuzaga 10⁶ molekula fosfolipidlar to‘g‘ri keladi. Fosfolipidlar hujayra devorida ikki qavatli membrana ko‘rinishida bo‘lib, lipoproteinlarning lipid komponentlari bilan nokovalent bog‘lar bilan bog‘langan. Fosfolipid membranasining tashqi qavati lipopolisaharid bilan chegaradosh (gidrofob o‘zaro ta’sir), qavatlar orasida esa oqsil molekulalari joylashgan. Fosfolipidlar sezilarli yon tomonga siljish xususiyatiga ega.
SHunday qilib, fosfolipid qavat qutblangan, gidrofil qismlari tashqariga qaragan, grammanfiy bakteriyalarda lipopolisaharid qavat uchun o‘ziga xos podlojka sifatida xizmat qiladi. Fosfolipid qavatida taqsimlangan oqsil globulalar, o‘ziga xos kanallar hosil qilib, gidrofil moddalarni hujayra ichiga kirishini ta’minlaydi. Fosfolipid membrana ichki membranaga ya’ni sitoplazmani saqlovchi hujayra membranasiga nisbatan tashqi hisoblanadi. Hujayra tashqi membranasi uning tashqi muhit ta’siridan saqlanishida ma’lum hissa qo‘shadi.
Oqsillar grammusbat kokklarda peptidoglikan va kapsula moddasi oralig‘ida joy egallaydi. 1 mkm² hujayra yuzasiga 10⁵ oqsil molekulasi to‘g‘ri keladi. Stafilokokklar A proteini immunoglo­bu­linlar Fs fragmentiga qardoshlidir. Streptokokklar hujayra devorida M-, T- va R-proteinlar ajratiladi. A guruh streptokokklarning virulentligi M-proteinlar bilan bog‘liqdir. M-proteinlar bilan assotsirlangan T- va R-proteinlar ahamiyati hozircha aniqlanmagan. Grammanfiy bakteriyalarda bu gidrofil moddalar uchun kanallar tuzuvchi oqsil globulalar - matritsa proteinidir (fosfolipidlarga qarang). Major va minor proteinlar ajratiladi. Birinchilari kodlovchi struktura genlarga ko‘ra A manfiy, S manfiy va F manfiylarga ajratiladi, ularning molekulyar massasi 30000-42000 Da ga teng. Major bo‘lgan manfiy A-protein F-pililar yordamida konyugatsiya jarayonida akseptor bo‘lib xizmat qiladi; manfiy F va manfiy S-protein (porin)lar peptidoglikanlar bilan komplekslar hosil qiladi, shu bilan grammanfiy bakteriyalar hujayra devorida strukturalar integralligini tasdiqlab, hujayra devorining gidrofil poralarini shakllanishida qatnashadi. Manfiy F va manfiy S oqsillari o‘rtasida immunologik qardoshlik mavjud.
Bakteriyalarda 10 dan 20 gacha minor proteinlar mavjud. E.SoLI da bfe^v, cir^v, cit, D, tonA^v va boshqa minor oqsillar ma’lum (bundan tashqari hujayra devorida mannozaga spetsifik bo‘lgan lektin topilgan). Hujayra bo‘linishida minor oqsillar turli moddalarni bog‘laydi yoki DNK replikatsiya jarayonida ishtirok etadi; ayrimlari kolitsinlarni, toq va juft T-faglarni retseptirlaydi, ton-A^v oqsili esa qo‘shimcha albomitsin antibiotigidir.Grammanfiy bakteriyalar hujayra devorlari oqsillari orasida ko‘pgina fermentlar aniqlangan: asparaginaza, adenazin-5-fosfataza, ADF-glyukozapirofosfataza, glyu-koza-6-fosfataza, dezoksiribonukleaza, nordon fosfataza, laktat-degidrogenaza, 5-nukleozidaza, ribonukleaza, suksinat-degidrogenaza, uridin 5-fosfataza, fosfo-glyukoizomeraza, fosfodiesteraza, fosfotransferaza, ishqoriy fosfataza, endonukleaza.Bakteriyalar Hujayra devoridan shartli ravishda ajratilgan, protein qavat uning sturkturasiga kiruvchi oqsil molekulalariga ko‘ra turli tumandir. Lipopolisaharid (lipoglikan)-glikokonyugat grammanfiy bakteriyalar hujayra devori saqlaydi. Topologik jihatdan u fosfolipid qavatidan tashqarida joy egallaydi. Lipopolisaharid uch qismdan iborat: A lipidi, kor va terminal triaoz bloki. Lipid A fosfodiefir bog‘lar orqali peptidoglikan bilan bog‘langan. Korning 10 ta monozi asosan bir tipda (masalan, Enterobacteriaceae va Pseudomonadaceae oilasiga kiruvchi bakteriyalar), triaoz bloklari turga xos spetsifiklikka ega va ichak bakteriyalar O-antigenining determinant guruhlari hisoblanadi. Agar hujayralar lipopolisaharidlarning O-spetsifik zanjirlar sintezini katalizlovchi fermentlarni o‘zlarida tutmasa, u holda g‘adir-budir yoki R-shaklli koloniyalari ko‘rinishida (ingl.roudh - dag‘al, g‘adir-budir) o‘sadi. Agar lipopolisaharidda faqat turga xos spetsifik bo‘lgan oligosaharid bloki bo‘lmasa, u holda bunday mikroorganizm R11 mutantga tegishli, agar bu holda ham N-atsetilglyukozamin bo‘lmasa, bu Rl mutant bo‘ladi. Umuman bakterial hujayraning tashqi bakterial yuzasi 30-40% lipopolisaharid bilan qoplanadi. 1 mkm₂ tashqi membranaga 10⁵ lipopolisaharid molekulasi to‘g‘ri keladi. Ja’mi hujayra liposaharid massasida 1 ta hujayraga to‘g‘ri keladi 3,4·106 yog‘ kislota qoldig‘i. Fosfolipid qoldiqlariga taqqoslaganda esa (2,9·106 1 ta hujayraga to‘g‘ri keladi). Hujayra devorida lipopolisaharidlar bo‘lmaganda, ular o‘rnini fosfolipidlar qoplashi kuzatiladi. Bularning barchasi hujayraning tashqi muhit o‘zgaruvchanligiga yuqori moslashuv­chanligini ta’minlaydi. Lipopolisaharid molekulalari Fosfolipidlarga solishtirganda kamroq bo‘lsa ham yon tomonga siljish xususiyatiga ega. Ularning hujayra membranasidan hujayra devoriga translokatsiyasi mumkin. Grammanfiy bakteriyalar lipopolisaharidlari toksiklikdan tashqari pirogen faollikka ham ega. Amaliyotda enterobakteriyalarning ma’lum turlari va psevdomonaslardan olingan pirogenallar qo‘llaniladi. Pirogenlar makroorganizmlarda ko‘p kanalli effektorlar bo‘lib, tana haroratining yuqori ko‘tarilishi, vazomator (lotincha vasomotor tomir harakatlovchi) o‘zgarishlar, modda almashinu­vining buzilishi, ichki a’zolarda gemorragiyalar (lotincha haemorrhagia - qon ketish), infeksion kasallik qo‘zg‘atuvchilariga organizm chidamligining o‘zgarishini va hokazolarni keltirib chiqaradi.