Name: aminoglycosides: how they stop bacteria
Uploaded: 2026-03-12T13:36:04.000Z
Duration: 1 min 25 s
Channel: JoVE

אמינוגליקוזידים, כגון סטרפטומיצין, הם אנטיביוטיקה חיידקית חזקה. אנטיביוטיקות אלו מכוונות לריבוזום החיידקי, ומפריעות לסינתזת חלבונים בדרכים שונות.סטרפטומיצין בדרך כלל נקשר לתת-היחידה 30S של הריבוזום החיידקי.קישור זה גורם לעיוות קונפורמציה, המונע את היישור הנכון של mRNA ושל tRNA היושם.העיוות מונע עוד יותר את היווצרות קומפלקס ההתחלה הפונקציונלי של 70S.כתוצאה מכך, הריבוזומים נשארים נעצרים במצב טרום-התחלה לא מתפקד.סטרפטומיצין יכול גם להשפיע על ריבוזומים במהלך שלב ההארכה. זה עלול לגרום לריבוזום לקרוא לא נכון קודוני mRNA ולהוסיף חומצות אמינו לא נכונות.שגיאות תרגום אלו גורמות לחלבונים מקופלים או מקוצרים בצורה שגויה שיכולים לחדור לממברנת התא החיידקית, לשנות את חדירות החיידק ולהוביל למות התא.בנוסף, סטרפטומיצין יכול לנעול את הריבוזומים במהלך ההארכה במבנה לא פעיל. הוא עוצר את ההארכה ומונע מיחזור ריבוזומים לאחר סיום התרגום.

מעכבים של סינתזת חלבוני חיידקים

Inhibitors of Bacterial Protein Synthesis

אמינוגליקוזידים מהווים קבוצה חזקה מאוד של אנטיביוטיקה חיידקית שמפעילה את השפעתם האנטימיקרוביאלית על ידי מיקוד בריבוזום החיידקי, ובמיוחד משבשת סינתזת חלבונים. מולקולות פוליקטיוניות אלו מורכבות מסוכרים שעברו עיבוד אמינוזידי המקושרים באמצעות קשרים גליקוזידיים לליבת אמינוציקליטול כגון 2-דאוקסיסטרפטמין או סטרפטמין. המטענים החיוביים החזקים שלהם מאפשרים קשירה הדוקה לעמוד השדרה הפוספטי השלילי של RNA ריבוזומי (rRNA), בעיקר ב-16S rRNA של תת-היחידה 30S בריבוזום החיידקי 70S.מנגנון ההפרעה הריבוזומלית מחקרים מבניים ברזולוציה גבוהה הראו כי אמינוגליקוזידים נקשרים במרכז הפענוח של תת-היחידה 30S, במיוחד סביב ההליקס 44 של 16S rRNA. נוקלאוטידים קריטיים המעורבים באינטראקציה זו כוללים את A1408, A1492 ו-A1493. בעת קשירת התרופות, השאריות עוברות שינויים קונפורמציונליים שמייצבים מצב הפוך חריג, אפילו בנוכחות tRNA קרובים לדומים. אי-ויסות זה מאפשר התאמה שגויה-בין קודון לאנטיקודונים, מה שמוביל לשילוב חומצות אמינו שגויות בפפטידים מתפתחים וליצירת חלבונים לא מתפקדים בצורה שגויה.הפרעות בתרגום ודינמיקת ריבוזום מעבר לגרימת שגיאות תרגום, אמינוגליקוזידים מסוימים כמו סטרפטומיצין מפריעים להיווצרות קומפלקס התחלה פונקציונלי, מעכבים חיבור תת-יחידות ומפריעים להארכה על ידי השפעה על טרנסלוקציה המתווכת על ידי EF-G. מיחזור ריבוזומים גם נפגע, שכן חלק מהאמינוגליקוזידים מעכבים את הפעולות המשותפות של RRF ו-EF-G הנדרשות להפרדת קומפלקס שנות ה-70. זה מגיע לשיא בעיכוב ריבוסומי ובבידוד של מכונות תרגום.השלכות ציטוטוקסיות ועמידות ההשפעות במורד הזרם כוללות אינטגרציה לקויה של חלבוני ממברנה חריגים, מה שמוביל לפגיעה בשלמות הממברנה, דליפת יונים וקריסה של כוח המניע של הפרוטונים ורמות ATP. הפרעות אלו מסתיימות במוות תאים, ומבדילות בין אמינוגליקוזידים לסוכנים בקטריוסטטיים. מנגנוני העמידות התפתחו, כולל שינוי תרופות אנזימטי, מתילציה מטרה, מוטציות ריבוזומיות והפחתת קליטת התרופות. תובנות מבניות מפורטות ממשיכות להנחות את פיתוח האנטיביוטיקות הממוקדות בריבוזומים מהדור הבא.

Aminoglycosides constitute a highly potent class of bactericidal antibiotics that exert their antimicrobial effects by targeting the bacterial ribosome, ...

https://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/40860/40860_article_thumb_40860.jpg

inhibitors-of-bacterial-protein-synthesis

Education

JoVE Core

Microbiology

מיקרוביולוגיה

Unit

יחידה

Antimicrobial Agents

חומרים אנטי-מיקרוביאליים

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגי מפתח

aminoglycosides: how they stop bacteria

Aminoglycosides are bactericidal antibiotics that stop bacteria by targeting the ribosome and disrupting protein synthesis. They are highly potent drugs made of amino-modified sugars linked by glycosidic bonds to an aminocyclitol core, such as 2-deoxystreptamine or streptamine. Their strong positive charge helps them bind tightly to the negatively charged phosphate backbone of ribosomal RNA, especially the 16S rRNA of the 30S subunit in the bacterial 70S ribosome.

These antibiotics act at the decoding center of the 30S subunit, near helix 44 of 16S rRNA. Key nucleotides in this region include A1408, A1492, and A1493. When aminoglycosides bind, these residues shift into an abnormal flipped-out state, even when near-cognate tRNAs are present. That change allows incorrect codon-anticodon pairing and leads to the addition of wrong amino acids to growing peptides.

The result is the production of misfolded, dysfunctional proteins. Some aminoglycosides, such as streptomycin, also interfere with other steps in translation. They can block formation of a functional initiation complex, prevent subunit joining, and slow elongation by affecting EF-G-mediated translocation. Ribosome recycling is also reduced because some aminoglycosides block the actions of RRF and EF-G that separate the 70S complex.

These problems cause ribosome stalling and trap the translation machinery. Faulty membrane proteins can then be inserted into the cell membrane, which weakens membrane integrity and causes ion leakage. This disruption collapses the proton motive force and lowers ATP levels. In the end, the bacterial cell dies, which is why aminoglycosides are bactericidal rather than bacteriostatic.

Bacteria can resist these drugs in several ways. They may chemically modify the antibiotic, methylate the target, change ribosomal sites through mutations, or reduce drug uptake. Structural studies of aminoglycoside binding continue to guide the design of next-generation antibiotics that target the ribosome.

Aminoglycosides: How They Stop Bacteria

inhibitors of gram-positive cell wall synthesis

inhibitors-of-gram-positive-cell-wall-synthesis

How Antibiotics Block Bacterial Cell Walls

Bacterial cell walls are rigid structures built mainly from peptidoglycan. This mesh-like polymer gives bacteria strength and helps maintain cell shape. Because peptidoglycan synthesis is essential for growth, it is a major target for antibiotics. Beta-lactam antibiotics, such as penicillin, stop peptidoglycan synthesis in actively growing cells. They have a four-membered beta-lactam ring that mimics the D-alanyl-D-alanine dipeptide, which is the natural substrate for transpeptidase, also...

inhibitors of bacterial protein synthesis

Aminoglycosides are bactericidal antibiotics that stop bacteria by targeting the ribosome and disrupting protein synthesis. They are highly potent drugs made of amino-modified sugars linked by glycosidic bonds to an aminocyclitol core, such as 2-deoxystreptamine or streptamine. Their strong positive charge helps them bind tightly to the negatively charged phosphate backbone of ribosomal RNA, especially the 16S rRNA of the 30S subunit in the bacterial 70S ribosome. These antibiotics act at the...

inhibitors of bacterial dna synthesis

Fluoroquinolone Antibiotics and Bacterial DNA

Fluoroquinolone antibiotics target bacterial DNA replication by blocking two key type II topoisomerases: DNA gyrase and topoisomerase IV. These enzymes help bacteria manage DNA supercoiling and separate chromosomes during replication. When they are disrupted, bacterial pathogens cannot copy DNA efficiently and infection can spread less effectively. Fluoroquinolones are synthetic versions of quinolones. They work by stabilizing the short-lived DNA-enzyme cleavage complex, which stops strand...

inhibitors of viral protein synthesis

Interferons Block Viral Replication

Interferons block viral replication by shutting down protein synthesis and activating the cell’s antiviral defenses. Viruses need the host cell’s translational machinery to make proteins, because they do not have the machinery to do this on their own. When a virus is detected, infected cells release interferons, which are cytokines, or signaling proteins, that warn nearby uninfected cells. Interferons bind to receptors on nearby cells and activate the JAK-STAT signaling pathway. This turns on...

inhibitors of virion release

Neuraminidase Inhibitors and Flu Spread

Influenza viruses spread when new virions leave an infected cell and reach nearby cells. Influenza A and B are negative-sense, single-stranded RNA viruses with segmented genomes. They depend on two surface glycoproteins, hemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA), to infect cells, make new viral particles, and release them. HA starts infection by binding to sialic acid on the surface of host epithelial cells. This binding helps the virus enter the cell by receptor-mediated endocytosis. After...

antiviral nucleoside inhibitors

How Antiviral Drugs Stop Viral Replication

Antiviral nucleoside inhibitors stop viruses by blocking DNA or RNA synthesis. These drugs are structural analogs, which means they look like natural nucleosides, the building blocks cells use to make genetic material. Because they resemble host nucleosides, they can interfere with viral polymerases and disrupt viral genome replication. Acyclovir is a guanosine analog with a three-carbon acyclic side chain. It mainly targets herpes simplex virus type 1 (HSV-1), herpes simplex virus type 2...

antifungal agents

Amphotericin B and Fungal Membranes

Amphotericin B targets fungal cell membranes by binding to ergosterol, a sterol found mainly in fungal plasma membranes. Its amphipathic structure helps this selective binding. It has a hydrophobic polyene-lactone ring and a hydrophilic region with mycosamine and carboxylic acid groups. Weak binding to cholesterol can also affect human cells and helps explain the drug’s toxicity. One way amphotericin B kills fungi is through pore formation. In this model, amphotericin B-ergosterol complexes...

mechanism of antibiotic resistance in mrsa

mechanism-of-antibiotic-resistance-in-mrsa

How Bacteria Outsmart Antibiotics

Antibiotic resistance in bacteria happens when microbes evolve the ability to survive drugs that once killed them or slowed their growth. Genetic change and antibiotic exposure drive this process. Over time, useful treatments can stop working. Bacteria can resist antibiotics in several ways. Some make drug-inactivating enzymes, such as beta-lactamases. Others use efflux pumps to push antibiotics out of the cell. Resistance can also come from mutations that change the drug target, from lower...

anthelminthic agents

Helminth Drugs and How They Work

Helminth drugs work by attacking the weak points of parasitic worms. These anthelmintic medicines are different from drugs used against protozoa, because they are usually aimed at mature helminths rather than fast-dividing cells. They target the worm’s movement, glucose use, and microtubule structure to stop survival, reproduction, and location inside the host. Benzimidazoles are broad-spectrum anthelmintics that block tubulin polymerization, which means they interfere with microtubules, the...

clinical significance of antibiotic resistance

clinical-significance-of-antibiotic-resistance

MRSA: Host Adaptation and Transmission

MRSA, or methicillin-resistant Staphylococcus aureus, is a major public health threat. It resists beta-lactam antibiotics because it carries the mecA gene inside the staphylococcal cassette chromosome mec, or SCCmec. The mecA gene makes penicillin-binding protein 2a, which reduces how well methicillin and related beta-lactam drugs can bind. MRSA has spread into separate clonal lineages that affect both humans and animals. These lineages fit the One Health idea, which links human, animal, and...

inhibitors of virion maturation and assembly

inhibitors-of-virion-maturation-and-assembly

HIV Protease Inhibitors and Maturation

HIV protease inhibitors block a key step in virus maturation. In human immunodeficiency virus (HIV), infected cells make two long precursor proteins called polyproteins. These are Gag and Gag-Pol. Gag provides the virus structure. Gag-Pol carries important viral enzymes, including reverse transcriptase, integrase, and protease. After these polyproteins are made, they move to the host cell membrane. There, they help build an immature viral particle that buds from the cell surface. Budding...

antiprotozoal agents

Leishmaniasis and Trypanothione Reductase

Leishmaniasis is a parasitic disease caused by several Leishmania species. It affects millions of people each year and remains a major public health problem in endemic regions. Treatment often relies on pentavalent antimonials, including meglumine antimoniate and sodium stibogluconate. The way these drugs work has not been fully clear. One important target is trypanothione reductase, or TR, an enzyme that helps keep Leishmania in redox balance. TR is not found in mammalian hosts, so it is a...

key terms and concepts

Learn how aminoglycosides bind bacterial rRNA, cause translation errors, disrupt ribosome recycling, and kill bacteria in this high school science page.

Aminoglycosides: How They Stop Bacteria | JoVE K12

JoVE Core Microbiology provides an engaging introduction to the microbial world and its influence on health, industry, and the environment. This comprehensive collection covers key concepts such as microbial structure, metabolism, genetics, and ecology. It introduces essential laboratory techniques and microscopy methods through visually engaging animations. Corresponding scientist-in-action videos bridge classroom concepts with real-world research and applications.

microbiology

Aminoglycosides: How They Stop Bacteria

Description

Transcript

Tags