Бактериальная наружная мембрана обнаружена у грамотрицательных бактерий . Грамотрицательные бактерии образуют два липидных бислоя в своих клеточных оболочках - внутреннюю мембрану (ВМ), которая инкапсулирует цитоплазму , и наружную мембрану (ВМ), которая инкапсулирует периплазму . [1]
Состав внешней мембраны отличается от состава внутренней цитоплазматической мембраны клетки . Среди прочего, наружный слой внешней мембраны многих грамотрицательных бактерий включает сложный липополисахарид , липидная часть которого действует как эндотоксин . У некоторых бактерий, таких как E. coli, он связан с пептидогликаном клетки посредством липопротеина Брауна .
В этом слое можно обнаружить порины . [2]
Внешние мембранные белки — это мембранные белки , ключевые роли которых связаны со структурой и морфологией бактериальных клеток; гомеостазом клеточной мембраны; поглощением питательных веществ; защитой клетки от токсинов, включая антибиотики; и факторами вирулентности , включая адгезины, экзотоксины и образование биопленки . [3] [4] Существует ряд внешних мембранных белков, которые специфически связаны с вирулентностью .
Внешние мембранные белки состоят из двух основных классов белков - трансмембранных белков и липопротеинов. Трансмембранные белки образуют каналы или поры в мембране, называемые поринами , и активно перекачивают оттокные каналы. [5]
Внешние мембраны бактерий могут содержать огромное количество белков. Например, в E. Coli их около 500 000 в мембране. [5]
Белки внешней мембраны бактерий обычно имеют уникальную структуру бета-бочонка, которая охватывает мембрану. Бета-бочонки складываются, чтобы обнажить гидрофобную поверхность перед их вставкой во внешнюю мембрану. Бета-бочонки различаются по последовательности и размеру, которые варьируются от 8 до 36 бета-нитей. Подмножество OMP имеет периплазматическую или внеклеточную связь со своей структурой бета-бочонка. [3] Белок внешней мембраны перемещается через внутреннюю мембрану через механизм ''Sec'' и, наконец, вставляется во внешнюю мембрану с помощью комплекса механизмов сборки бочонка.
Биогенез внешней мембраны требует , чтобы отдельные компоненты транспортировались от места синтеза к месту их конечного назначения за пределами внутренней мембраны путем пересечения как гидрофильных , так и гидрофобных отсеков. Механизм и источник энергии, которые управляют этим процессом, еще не полностью изучены. Часть липида A -core и повторяющиеся единицы O-антигена синтезируются на цитоплазматической поверхности внутренней мембраны и отдельно экспортируются через две независимые транспортные системы, а именно, транспортер O-антигена Wzx (RfbX) и транспортер АТФ-связывающей кассеты (ABC) MsbA, который переворачивает часть липида A-core с внутреннего листка на внешний листок внутренней мембраны. [6] [7] [8] [9] [10] Затем повторяющиеся единицы O-антигена полимеризуются в периплазме полимеразой Wzy и лигируются с частью липида A-core лигазой WaaL . [11] [12]
Транспортный аппарат ЛПС состоит из LptA, LptB, LptC, LptD, LptE. Это подтверждается тем фактом, что истощение любого из этих белков блокирует путь сборки ЛПС и приводит к очень похожим дефектам биогенеза внешней мембраны. Более того, расположение по крайней мере одного из этих пяти белков в каждом клеточном отсеке предполагает модель того, как организован и упорядочен в пространстве путь сборки ЛПС. [12]
LptC необходим для перемещения липополисахарида (ЛПС) из внутренней мембраны во внешнюю. [12] LptE образует комплекс с LptD, который участвует в сборке ЛПС во внешнем слое внешней мембраны и необходим для биогенеза оболочки. [12] [13] [14]
Если липид А , часть липополисахарида, попадает в кровеносную систему , он вызывает токсическую реакцию, активируя толл-подобный рецептор TLR 4. Липид А очень патогенен и не иммуногенен. Однако полисахаридный компонент очень иммуногенен, но не патогенен, вызывая агрессивную реакцию иммунной системы. У пострадавшего будет высокая температура и частота дыхания, а также низкое кровяное давление. Это может привести к эндотоксическому шоку , который может оказаться фатальным. Бактериальная наружная мембрана физиологически сбрасывается как ограничивающая мембрана везикул внешней мембраны в культурах, а также в тканях животных на границе хозяина и патогена , что участвует в транслокации грамотрицательных микробных биохимических сигналов в клетки-хозяева или целевые клетки. [ необходима цитата ]