ไลโพลีแซ็กคาไรด์ลักษณะโครงสร้างหน้าที่ - ชีววิทยา

lipopolysaccharide (LPS) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบ (75% ของพื้นผิว) LPS เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไขมันและคาร์โบไฮเดรตซึ่งมีความสำคัญมากในการรักษาความมีชีวิตและการอยู่รอดของแบคทีเรีย

สารแบคทีเรียเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าเอนโดท็อกซินกระจายอยู่ในทุกสภาพแวดล้อมตั้งแต่แบคทีเรียในดินอากาศน้ำและอาหารจากสัตว์ ในทางกลับกันพวกมันมีอยู่ในแบคทีเรียในลำไส้ช่องคลอดและช่องปากซึ่งปนเปื้อนผลิตภัณฑ์ต่างๆของมนุษย์

LPS พบในแบคทีเรียแกรมลบเช่น Pseudomonas aeruginosa ที่มา: Y_tambe

นอกจากนี้โปรดทราบว่าไลโปโพลีแซคคาไรด์เป็นตัวกระตุ้นที่มีศักยภาพของสารที่ก่อให้เกิดการอักเสบเช่นไซโตไคนินอนุมูลอิสระและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกรดอาราคิโดนิก

ลักษณะเฉพาะ

LPS เป็นสารที่ค่อนข้างซับซ้อนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงซึ่งแตกต่างกันทางเคมีระหว่างแบคทีเรียแกรมลบกลุ่มต่างๆ พวกมันมีความเกี่ยวข้องกับเม็ดเลือดขาวมากด้วยวิธีนี้เมื่อเข้าสู่กระแสเลือดที่เกาะอยู่เป้าหมายหลักคือมาโครฟาจ

การผลิตไซโตไคนินในปริมาณที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดภาวะทางคลินิกที่ร้ายแรงเช่นภาวะติดเชื้อในกระแสเลือดและภาวะช็อก นอกจากนี้ LPS ยังมีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างแบบจำลองพยาธิสรีรวิทยาของโรคอื่น ๆ เช่น hemolytic uremic syndrome

LPS มีหน้าที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาการอักเสบที่รุนแรงในมนุษย์ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดสารพิษที่พบในร่างกาย (endotoxins)

โดยทั่วไปลิโพลิแซ็กคาไรด์จะไม่เข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตผ่านลำไส้เนื่องจากมีรอยแยกที่แน่นซึ่งก่อตัวเป็นเยื่อบุผิวในลำไส้ แต่เมื่อสหภาพแรงงานเหล่านี้ถูกบุกรุกจะมีการซึมผ่านของลำไส้ทำให้เกิดความเสียหายและเร่งกระบวนการอักเสบ

LPS มีฤทธิ์กระตุ้นภูมิคุ้มกันและพิษและมีส่วนร่วมในการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันและเป็นสื่อกลางในการยึดติดกับแบคทีเรีย นอกจากนี้ยังเป็นตัวแทนของปัจจัยความรุนแรงที่ก่อให้เกิดกระบวนการก่อโรคและการหลีกเลี่ยงการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน

โครงสร้าง

เกี่ยวกับโครงสร้างของพวกมันอาจกล่าวได้ว่าเป็นโมเลกุลที่ต่างกันเนื่องจากประกอบด้วยบริเวณที่ชอบน้ำซึ่งประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์และบริเวณไลโปฟิลิกที่เรียกว่าลิพิดเอ

ประการแรกเป็นภายนอกมากที่สุดในส่วนของร่างกายของแบคทีเรียประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์จำนวนมากที่มีกิ่งก้านซึ่งมีความซับซ้อนและเฉพาะเจาะจงมากสำหรับสายพันธุ์ของแบคทีเรียหรือที่เรียกว่าแอนติเจน O ถัดไปเป็นชั้นของโพลีแซ็กคาไรด์น้อยกว่า คอมเพล็กซ์เรียกว่า "แกน" หรือนิวเคลียสของโอลิโกแซ็กคาไรด์

ส่วนหลังในบริเวณด้านนอกสุดจะนำเสนอน้ำตาลทั่วไปเช่น D-glucose, D-Galactose, N-acetyl D-glucosamine และ N-acetyl D-galactosamine และส่วนภายในที่มีน้ำตาลทั่วไปน้อยกว่าเช่น heptose

บริเวณโพลีแซคคาไรด์นี้จับกับส่วนไขมันของโมเลกุล (Lipid A) ผ่านกรด 3-keto-2-dexocioctonic (Kdo) นอกจากนี้ไขมัน A ยังจับกับเยื่อหุ้มชั้นนอกด้วยโควาเลนต์

บริเวณของลิพิด A ประกอบด้วยไดแซกคาไรด์ที่โดยทั่วไปมีบิสฟอสฟอรีเลตซึ่งมีกรดไขมัน 6 ชนิดที่มีคาร์บอน 12 ถึง 14 อะตอม สิ่งนี้ได้รับการยอมรับในลักษณะเฉพาะและละเอียดอ่อนโดยส่วนประกอบของภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด (phagocytes) และแสดงถึงศูนย์ภูมิคุ้มกัน LPS และปัจจัยที่ทำให้เกิดความรุนแรง

ประเภทของ LPS

มี LPS ที่ประกอบด้วยในโครงสร้างของบริเวณดังกล่าวส่วนของไขมัน A นิวเคลียสโอลิโกแซ็กคาไรด์และแอนติเจน O เรียกว่า LPS S หรือไลโปโพลีแซ็กคาไรด์แบบเรียบ

ในทางกลับกันผู้ที่ไม่มีแอนติเจน O เรียกว่า LPS R หรือ lipolysaccharides แบบหยาบหรือ lipo-oligosaccharides

คุณสมบัติ

หน้าที่หลักของ LPS ในแบคทีเรียคือให้ความต้านทานต่อการย่อยน้ำดีในถุงน้ำดี LPS แม้ว่าจะแตกต่างทางเคมีจากฟอสโฟลิปิด แต่ก็มีลักษณะทางกายภาพที่คล้ายคลึงกัน ด้วยวิธีนี้พวกเขาสามารถมีส่วนร่วมในลักษณะเดียวกันในการสร้างพังผืด

แม้ว่า LPS จะไม่มีความเป็นพิษในตัวเอง แต่ผลที่เป็นพิษนั้นเกิดจากการจับกับ monocytes หรือ macrophages ของระบบ endothelial reticulum ทำให้เกิดการสังเคราะห์และการปลดปล่อยสารต่างๆที่มีลักษณะโปรอักเสบ

สารเหล่านี้ ได้แก่ tumor necrosis factor (TNF-α), interleukins I-L1, I-L8, IL-12, IL-18, interferon-gamma (IFN-γ, platelet activating factor และ chemokines ที่แตกต่างกัน ผลกระทบเหล่านี้ยังเกิดในเซลล์เยื่อบุผิวเยื่อบุผนังหลอดเลือดและเซลล์กล้ามเนื้อเรียบที่มีผลการอนุรักษ์มากขึ้น

LPS เป็นตัวกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพของการแข็งตัวของหลอดเลือดในหลอดเลือดและทางเดินแบบคลาสสิกและทางเลือกอื่นของระบบเสริมและการหลั่งผลพลอยได้จากกรดอะราคิโดนิกเช่นพรอสตาแกลนดิน

นอกจากนี้ยังกระตุ้นเซลล์อื่น ๆ ด้วยการลดเกณฑ์การกระตุ้นต่อตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆที่กระตุ้นให้เกิดการปลดปล่อยอนุมูลอิสระเช่นออกซิเจนและไนโตรเจน IFN-γเป็นต้น

LPS ในการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน

LPS กระตุ้นการตอบสนองของภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดซึ่งเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของโฮสต์ LPS เท่านั้นการตั้งค่ากลไกที่สำคัญในการเคลื่อนไหวเช่น phagocytosis ซึ่งเป็นสื่อกลางโดย polymorphs นิวเคลียร์ (neutrophils) และ macrophages

ในทางกลับกันมันจะเข้าไปแทรกแซงกระบวนการที่ก่อให้เกิดการอักเสบกระตุ้นให้เกิดสารที่ทำให้เกิดการอักเสบและกระตุ้นระบบเสริมที่เป็นสื่อกลางโดยทางเลือกอื่น หากการตอบสนองของภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดนี้ไม่เพียงพอการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันของเซลล์และร่างกายจะทำงาน

การรับรู้และการส่งสัญญาณ LPS เกิดขึ้นเมื่อพวกมันถูกปล่อยออกจากผนังแบคทีเรียซึ่งอาจเกิดขึ้นได้เมื่อแบคทีเรียตายหรือผ่านโปรตีน LBP (โปรตีนที่จับกับ lipopolysaccharide)

LBP ซึ่งเป็นโปรตีนในพลาสมา (lipid transferase) สร้างสารประกอบเชิงซ้อน LPS-LBP ในเลือด จากนั้นโปรตีนนี้จะถ่ายโอน LPS ไปยังโมเลกุล CD14 ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบ แต่เพียงผู้เดียวในการรับรู้ LPS และเป็นสื่อกลางในการทำงานทางชีววิทยา

CD14 สามารถเป็นโปรตีนที่ละลายได้ในเลือดหรือยึดกับเยื่อหุ้มเซลล์ที่แสดง TLR4 (ตัวรับ) ซึ่งพวกมันจะยอมแพ้ LPS เนื่องจาก CD14 ไม่สามารถข้ามเยื่อหุ้มเซลล์และไปถึงไซโทพลาสซึมได้ สิ่งนี้จะป้องกันการสร้างการตอบสนอง LPS เท่านั้น

พยาธิสภาพที่ทำให้เกิด LPS

LPS ใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อการวิจัยเกี่ยวกับเงื่อนไขต่างๆเช่นอัลไซเมอร์โรคระบบประสาทส่วนกลางเสื่อมสภาพลำไส้อักเสบเบาหวานและแม้แต่ออทิสติกเนื่องจากความสามารถในการกระตุ้นปฏิกิริยาการอักเสบได้อย่างรวดเร็ว ในผู้ป่วยโรคเหล่านี้ระดับไลโปลิแซ็กคาไรด์ในเลือดจะสูง

เมื่อ TLR4 ถ่ายทอดสัญญาณของกิจกรรม LPS แล้วการแสดงออกร่วมของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ TLR4 เช่น MD-2 จะมีส่วนช่วยในการปรับสัญญาณให้เหมาะสมทำให้เกิดความซับซ้อน

คอมเพล็กซ์นี้สนับสนุนการกระตุ้นของเครือข่ายโปรตีนไซโตพลาสซึมที่กว้างขวางและการจัดหาโปรตีนที่แตกต่างของไมอิลอยด์ 88 สิ่งนี้ทำให้เกิดการย้ายตำแหน่งของปัจจัยการถอดความเช่น IRF3 และ NF-KB ซึ่งมีส่วนร่วมในการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการผลิต ของไซโตไคนินเคมีโมไคน์และโมเลกุลกระตุ้น

ทั้งหมดนี้นำไปสู่ปฏิกิริยาการอักเสบที่รุนแรงการกระตุ้นเซลล์และกลไกการกำกับดูแลที่เป็นสื่อกลางโดย IL-10 LPS ที่ความเข้มข้นสูงอาจทำให้เกิดไข้อัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้นและแม้กระทั่งภาวะติดเชื้อในน้ำ

อ้างอิง

Cabello, RR (2007). จุลชีววิทยาและปรสิตวิทยาของมนุษย์ / จุลชีววิทยาและปรสิตวิทยาของมนุษย์: พื้นฐานทางสาเหตุของโรคติดเชื้อและปรสิต / พื้นฐานทางสาเหตุของโรคติดเชื้อและปรสิต Panamerican Medical Ed.
Hall, JE (2011). หนังสืออิเล็กทรอนิกส์สรีรวิทยาการแพทย์ Guyton and Hall วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
Knirel, YA และ Valvano, MA (Eds.) (2011) lipopolysaccharides ของแบคทีเรีย: โครงสร้างการสังเคราะห์ทางเคมีการสร้างทางชีวภาพและการมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์โฮสต์ Springer Science & Business Media
Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Lehninger หลักการทางชีวเคมี พิมพ์ครั้งที่ 4. เอ็ดโอเมก้า บาร์เซโลนา (2005)
ราบิโนวิชจอร์เจีย (2004). ภูมิคุ้มกันวิทยาระดับโมเลกุล: พรมแดนใหม่ของการแพทย์: ความเชื่อมโยงระหว่างการวิจัยทางชีวการแพทย์และการปฏิบัติทางคลินิก การแพทย์แพนอเมริกัน
Stanier, RY, และ Villanueva, JR (1996) จุลชีววิทยา ฉันย้อนกลับ

ไลโพลีแซ็กคาไรด์ลักษณะโครงสร้างหน้าที่ - ชีววิทยา - 2026