Murein je biopolimer koji podržava ćelijski zid bakterija, poznat i kao peptidoglukan. Murein je heteropolimer (N-acetilglukozamin i N-acetilmuramska kiselina umreženi kroz ostatke laktata kratkim peptidnim lancima). Kao određujuća supstanca za jedan od tri domena živih bića, naravno, ovaj polimer ima svoje strukturne i funkcionalne karakteristike. Pokušajmo ih riješiti.
Struktura bakterijske ćelije
Bakterije su ogromna grupa prokariotskih organizama. Njihov genetski aparat nije zatvoren u jezgru odvojenom membranom. Ipak, uprkos evolutivnom ranom izgledu, ovi organizmi su se proširili po svim sredinama naše planete. Mogu da žive i na naftnim poljima, u kipućoj vodi gejzira, u hladnim vodama severnih okeana, u želučanim kiselinama životinja. Otpornost na negativne faktore okoline postiže se najvećim dijelom zahvaljujući posebnoj tvari koja čini osnovu bakterijskog stanijskog zida. Supstanca je murein.
Bakterijska ćelija se sastoji od 80-85% vode, od preostalih 20%, po pravilu pola čine proteini, petina RNK, 5% DNK i nešto lipida. Ćelijski zid čini 20% suvogsupstance (u nekim vrstama mikroorganizama i do 50%). Debljina ove ploče je oko 0,01-0,045 mikrometara.
Murein u zidu ćelije
Prisustvo čvrstog zida karakteristično je ne samo za bakterije, već i za gljive i biljke. Međutim, samo u prokariota ima sličan sastav. Ćelijski zid bakterije je jaka ljuska napravljena od složenog molekula polisaharida mureina. Struktura polipeptida sastoji se od paralelnih polisaharidnih lanaca međusobno povezanih peptidnim ostacima. Modularna jedinica je disaharid muropeptid (u njemu je acetil-D povezan sa acetilmuramskom kiselinom).
Glavna karakteristika koja određuje svojstva vrećice koju formira murein je prisustvo zatvorene mreže polisaharidnih lanaca. Ovo formira gustu mrežu bez praznina. Gustoća ovog zida je specifična za vrstu - kod nekih vrsta je manje gusto (E. coli), kod drugih je više (Staphylococcus aureus).
U biologiji, murein nije samo polipeptid, već i njegove prateće komponente zida bakterijske ćelije. Na primjer, Gram-pozitivne bakterije također uključuju polisaharide, taihoične kiseline, proteine ili druge polipeptide. Gram-negativne bakterije imaju još više takvih inkluzija. Karakteriziraju ih kompleksni liposaharidi, lipoproteini, polipeptidi.
Uloga ovih supstanci u zaštiti od virusa bakteriofaga, kao i u zaštiti od agresivnih antibiotika i enzima. Gram-pozitivne bakterije imaju krhko tijelo. Kod Gram negativnih bakterija zbogprisustvo velikog broja dodatnih inkluzija, mureinski skelet je prekriven mekom zaštitnom membranom od lipida.
Vrste peptidoglikana
Iako je murein komponenta ćelijskog zida koja se nalazi samo u bakterijama, strukture slične njemu takođe postoje. Na primjer, u stijenci nekih arheja (nenuklearni mikroorganizmi koji nemaju strukturu organela) i glaucocystophyte algi nastaje pseudopeptidoglikan. Obavlja iste funkcije i po sastavu je sličan mureinu.
Sastav mureina, njegova struktura
Struktura je ćelijska mreža koju čine komponente n-acetilglukozamina i n-acetilmuramske kiseline. Veze su formirane β1,4-glikozidnim vezama. Unakrsno povezivanje se vrši pomoću peptidnih ostataka na osnovu delovanja enzima transpeptidaze. Takav lanac sadrži D-glutaminsku kiselinu, L-lizin, D-alanin, L-alanin.
U isto vrijeme, posebnost je da se takve D-strukture nalaze samo u prokariotskim ćelijama. Tako formirani polipeptid poprima oblik trodimenzionalne strukture koja čini osnovu ćelijskog zida bakterije. Pruža snagu, otpornost i stabilnost membrani.
Svojstva i funkcije
Svojstva mureina su određena njegovom strukturom. Osim što obavlja mehaničku i potpornu funkciju, ima antigena svojstva. Ovo određuje njegovu višestruku zaštitnu ulogu za bakterije.
Jedna od glavnih funkcija mureina je transport supstanci u i iz bakterija. Ovo svojstvo određuje učešćepeptidoglikan u eukariotskoj kemo- i fotosintezi, fiksaciji dušika i drugim važnim procesima. Svi oni su povezani sa interakcijom ćelije i okoline, koju obezbeđuje ćelijski zid.
U isto vrijeme, ne samo da veliki molekuli ne mogu zaobići ćelijsku mrežu ove supstance. Murein je selektivno propustljiv za, na primjer, antibiotike. Ovo svojstvo nastaje u procesu evolucije i vještačke selekcije od strane čovjeka.
Učešće ove strukture u kretanju ćelije povezano je sa prisustvom resica i flagela, koji imaju membransku strukturu i čvrsto su povezani sa mureinskom vrećicom.
Sastav peptidnih lanaca koji čine peptidoglikan je sistematska karakteristika i pomaže u razlikovanju taksona ovih mikroorganizama. Osim toga, prema obliku koji murein daje bakterijama, razlikujemo njihove grupe - koke (okrugle), šipke, spirohete itd.
Količina i kvalitet dodatnih inkluzija u strukturi ćelijskog zida određuje dva velika klastera mikroorganizama: gram-pozitivne i gram-negativne bakterije. Razdvajanje se vrši detektivskim bojenjem.
Murein stabilnost
Pošto je murein dio ćelijskog zida bakterije, on je signalna supstanca za imuni sistem ljudi i drugih organizama. Na primjer, enzim lizozim cijepa beta 1,4-glikozidne veze između ostataka acetilglukozamina i acetilmuramske kiseline, uzrokujući tako hidrolizu peptidoglukana i smrt bakterije.ćelije.
Lizozim je jedan od enzima u slini sisara, koji određuje njegova antibakterijska svojstva. Također uništava peptidne lance muroendopeptidaze, uzrokujući tako uništenje polimera. Stvoreni antibiotici (na primjer, penicilin, cefalosporin) ometaju proizvodnju peptidoglikana. Cikloserin ometa sintezu alanina.
Kao odgovor na ovo izlaganje, bakterije reaguju na zaštitu od antibiotika. Mutacije u genetskoj sekvenci odgovornoj za sintezu laktamaza, transpeptidaze, dovode do pojave sojeva koji su otporni na antibiotike. Također, evolucijski odgovor prokariota je postepena promjena u permeabilnosti membrane za cikloserin i druge supstance.
Murein u biologiji je sistem koji se stalno mijenja. Ovo objašnjava stalnu trku "antibiotici-novi sojevi bakterija", gdje je primanje novih aktivnih lijekova neizbježno povezano s postepenim smanjenjem njihove aktivnosti.
