13.2A: Hemmung der Zellwandsynthese

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Schlüsselbegriffe

  • Beta-Lactam-Antibiotikum: Eine breite Klasse von Antibiotika, die die Zellwandsynthese hemmen, bestehend aus allen Antibiotika, die einen β-Lactam-Kern in ihren molekularen Strukturen enthalten. Dazu gehören Penicillin-Derivate (Pename), Cephalosporine (Cepheme), Monobactame und Carbapeneme.
  • Glycopeptid-Antibiotikum: Glycopeptid-Antibiotika bestehen aus glykosylierten zyklischen oder polyzyklischen nicht-ribosomalen Peptiden. Signifikante Glycopeptid-Antibiotika umfassen Vancomycin, Teicoplanin, Telavancin, Bleomycin, Ramoplanin und Decaplanin. Diese Klasse von Arzneimitteln hemmt die Synthese von Zellwänden in anfälligen Mikroben, indem sie die Peptidoglycansynthese hemmt.
  • Peptidoglycan: Ein Polymer aus Glykan und Peptiden, das in bakteriellen Zellwänden vorkommt.

Zwei Arten von antimikrobiellen Medikamenten wirken, indem sie die Zellwandsynthese der Zielbakterien hemmen oder stören. Antibiotika zielen häufig auf die Bildung bakterieller Zellwände ab (von denen Peptidoglycan eine wichtige Komponente ist), da tierische Zellen keine Zellwände haben. Die Peptidoglycanschicht ist wichtig für die strukturelle Integrität der Zellwand und die äußerste und primäre Komponente der Wand.Die erste Klasse von antimikrobiellen Arzneimitteln, die die Zellwandsynthese stören, sind die β-Lactam-Antibiotika (Beta-Lactam-Antibiotika), die aus allen Antibiotika bestehen, die in ihren Molekülstrukturen einen β-Lactam-Kern enthalten. Dazu gehören Penicillin-Derivate (Pename), Cephalosporine (Cepheme), Monobactame und Carbapeneme. β-Lactam-Antibiotika sind bakteriozid und hemmen die Synthese der Peptidoglycanschicht bakterieller Zellwände. Der letzte Schritt bei der Synthese des Peptidoglycans wird durch Penicillin-bindende Proteine (PBPs) erleichtert. PBPs variieren in ihrer Affinität zur Bindung von Penicillin oder anderen β-Lactam-Antibiotika.

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Abbildung: Erzeugung von Penicillin-Sphäroplasten: Diagramm, das das Versagen der bakteriellen Zellteilung in Gegenwart eines Inhibitors der Zellwandsynthese (z. B. Penicillin, Vancomycin) darstellt.1- Penicillin (oder ein anderer Zellwandsynthesehemmer) wird dem Wachstumsmedium mit einem sich teilenden Bakterium zugesetzt.2- Die Zelle beginnt zu wachsen, kann jedoch keine neue Zellwand synthetisieren, um die expandierende Zelle aufzunehmen.3- Wenn das Zellwachstum anhält, beginnt sich das von der Plasmamembran bedeckte Zytoplasma durch die Lücke (n) in der Zellwand herauszudrücken.4- Die Integrität der Zellwand wird weiter verletzt. Die Zelle nimmt weiter an Größe zu, ist jedoch nicht in der Lage, das zusätzliche zytoplasmatische Material in zwei Tochterzellen zu „kneifen“, da die Bildung einer Teilungsfurche von der Fähigkeit abhängt, neue Zellwände zu synthetisieren.5- Die Zellwand wird vollständig abgestoßen und bildet einen Sphäroplasten, der im Vergleich zur ursprünglichen Zelle extrem anfällig ist. Der Verlust der Zellwand führt auch dazu, dass die Zelle die Kontrolle über ihre Form verliert, so dass selbst wenn das ursprüngliche Bakterium stäbchenförmig wäre, der Sphereoplast im Allgemeinen kugelförmig ist. Schließlich stört die Tatsache, dass die Zelle jetzt einen Großteil ihres genetischen und metabolischen Materials verdoppelt hat, die Homöostase weiter, was normalerweise zum Tod der Zelle führt.

Bakterien entwickeln häufig Resistenzen gegen β-Lactam-Antibiotika, indem sie eine β-Lactamase synthetisieren, ein Enzym, das den β-Lactam-Ring angreift. Um diese Resistenz zu überwinden, werden β-Lactam-Antibiotika häufig mit β-Lactamase-Inhibitoren wie Clavulansäure verabreicht.

Die zweite Klasse von antimikrobiellen Arzneimitteln, die die Zellwandsynthese stören, sind die Glycopeptidantibiotika, die aus glykosylierten zyklischen oder polyzyklischen nicht-ribosomalen Peptiden bestehen. Signifikante Glycopeptid-Antibiotika umfassen Vancomycin, Teicoplanin, Telavancin, Bleomycin, Ramoplanin und Decaplanin. Diese Klasse von Arzneimitteln hemmt die Synthese von Zellwänden in anfälligen Mikroben, indem sie die Peptidoglycansynthese hemmt. Sie binden an die Aminosäuren innerhalb der Zellwand und verhindern die Zugabe neuer Einheiten zum Peptidoglycan.

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