Mureina to biopolimer wspierający ściany komórkowe bakterii, znany również jako peptydoglukan. Mureina jest heteropolimerem (N-acetyloglukozamina i kwas N-acetylomuraminowy usieciowane resztami mleczanu z krótkimi łańcuchami peptydowymi). Jako substancja determinująca jedną z trzech domen istot żywych, polimer ten ma oczywiście swoje własne cechy strukturalne i funkcjonalne. Spróbujmy je uporządkować.
Struktura komórki bakteryjnej
Bakterie to ogromne skupisko organizmów prokariotycznych. Ich aparat genetyczny nie jest zamknięty w jądrze oddzielonym błoną. Niemniej jednak, pomimo ewolucyjnego wczesnego pojawienia się, organizmy te rozprzestrzeniły się we wszystkich środowiskach naszej planety. Mogą również żyć na polach naftowych, we wrzącej wodzie gejzerów, w zimnych wodach północnych oceanów, w kwasach żołądkowych zwierząt. Odporność na negatywne czynniki środowiskowe uzyskuje się w dużej mierze dzięki specjalnej substancji, która stanowi podstawę ściany komórkowej bakterii. Substancją jest mureina.
Komórka bakteryjna składa się w 80-85% z wody, z pozostałych 20% z reguły połowa to białka, jedna piąta RNA, 5% DNA i niektóre lipidy. Ściana komórkowa stanowi 20% suchej masysubstancje (w niektórych typach mikroorganizmów nawet do 50%). Grubość tej płyty wynosi około 0,01-0,045 mikrometrów.
Murein w ścianie komórki
Obecność litej ściany jest charakterystyczna nie tylko dla bakterii, ale także grzybów i roślin. Jednak tylko u prokariontów ma podobny skład. Ściana komórkowa bakterii to mocna powłoka zbudowana ze złożonej cząsteczki polisacharydu mureiny. Struktura polipeptydu składa się z równoległych łańcuchów polisacharydowych połączonych resztami peptydowymi. Jednostką modułową jest muropeptyd disacharydowy (w nim acetyl-D jest połączony z kwasem acetylomuraminowym).
Główną cechą, która decyduje o właściwościach torebki utworzonej przez mureinę, jest obecność zamkniętej sieci łańcuchów polisacharydowych. Tworzy to gęstą sieć bez przerw. Gęstość tej ściany jest specyficzna gatunkowo - u niektórych gatunków jest mniej gęsta (E. coli), u innych jest większa (Staphylococcus aureus).
W biologii mureina to nie tylko polipeptyd, ale także towarzyszące mu składniki ściany komórkowej bakterii. Na przykład bakterie Gram-dodatnie obejmują również polisacharydy, kwasy tajchojowe, białka lub inne polipeptydy. Bakterie Gram-ujemne mają jeszcze więcej takich wtrąceń. Charakteryzują się złożonymi liposacharydami, lipoproteinami, polipeptydami.
Rola tych substancji w ochronie przed wirusami bakteriofagowymi, a także w ochronie przed agresywnymi antybiotykami i enzymami. Bakterie Gram-dodatnie mają kruche ciało. W bakteriach Gram-ujemnych z powoduobecność dużej ilości dodatkowych inkluzji sprawia, że szkielet mureiny pokryty jest miękką ochronną błoną lipidową.
Rodzaje peptydoglikanu
Chociaż mureina jest składnikiem ściany komórkowej występującym tylko w bakteriach, struktury podobne do niej również istnieją. Na przykład w ścianie niektórych archeonów (mikroorganizmów niejądrowych, które nie mają struktur organelli) i glonów glaucocystophyte powstaje pseudopeptydoglikan. Pełni te same funkcje i jest podobny w składzie do murein.
Skład mureiny, jej struktura
Struktura jest siecią komórkową utworzoną przez składniki n-acetyloglukozaminy i kwasu n-acetylomuraminowego. Wiązania tworzą wiązania β1,4-glikozydowe. Sieciowanie odbywa się za pomocą reszt peptydowych w oparciu o działanie enzymu transpeptydazy. Taki łańcuch zawiera kwas D-glutaminowy, L-lizynę, D-alaninę, L-alaninę.
Jednocześnie osobliwością jest to, że takie struktury D znajdują się tylko w komórkach prokariotycznych. Tak więc utworzony polipeptyd przyjmuje postać trójwymiarowej struktury, która stanowi podstawę ściany komórkowej bakterii. Zapewnia wytrzymałość, odporność i stabilność membrany.
Właściwości i funkcje
Właściwości mureiny zależą od jej struktury. Oprócz pełnienia funkcji mechanicznej i wspomagającej posiada właściwości antygenowe. To determinuje jego wielopłaszczyznową rolę ochronną dla bakterii.
Jedną z głównych funkcji mureiny jest transport substancji do i z bakterii. Ta właściwość decyduje o uczestnictwiepeptydoglikan w chemo- i fotosyntezie eukariontów, wiązanie azotu i inne ważne procesy. Wszystkie są związane z interakcją komórki i środowiska, którą zapewnia ściana komórkowa.
Jednocześnie nie tylko duże cząsteczki nie mogą ominąć sieci komórkowej tej substancji. Mureina jest selektywnie przepuszczalna np. dla antybiotyków. Ta właściwość powstaje w procesie ewolucji i sztucznej selekcji ze strony człowieka.
Udział tej struktury w ruchu komórek jest związany z obecnością kosmków i wici, które mają budowę błonową i są ściśle związane z woreczkiem mureinowym.
Skład łańcuchów peptydowych tworzących peptydoglikan jest cechą systematyczną i pomaga odróżnić taksony tych mikroorganizmów. Ponadto, w zależności od kształtu, jaki mureina nadaje bakteriom, rozróżniamy ich grupy - kokcy (okrągłe), pręciki, krętki itp.
Ilość i jakość dodatkowych wtrąceń w strukturze ściany komórkowej determinują dwa duże skupiska mikroorganizmów: bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Oddzielenie odbywa się przez barwienie detektywistyczne.
Stabilność Mureina
Ponieważ mureina jest częścią ściany komórkowej bakterii, jest substancją sygnalizacyjną dla układu odpornościowego zarówno ludzi, jak i innych organizmów. Na przykład enzym lizozym rozszczepia wiązania beta 1,4-glikozydowe między resztami acetyloglukozaminy i kwasu acetylomuraminowego, powodując w ten sposób hydrolizę peptydoglukanu i śmierć bakteriikomórki.
Lizozym jest jednym z enzymów w ślinie ssaków, który decyduje o jej właściwościach antybakteryjnych. Niszczy również łańcuchy peptydowe muroendopeptydazy, powodując w ten sposób zniszczenie polimeru. Wytworzone antybiotyki (na przykład penicylina, cefalosporyna) zakłócają produkcję peptydoglikanu. Cykloseryna zaburza syntezę alaniny.
W odpowiedzi na to narażenie bakterie reagują na ochronę przed antybiotykami. Mutacje w sekwencji genetycznej odpowiedzialnej za syntezę laktamaz, transpeptydazy, prowadzą do powstania szczepów odpornych na antybiotyki. Ponadto ewolucyjną odpowiedzią prokariotów jest stopniowa zmiana przepuszczalności błony dla cykloseryny i innych substancji.
Murein w biologii to ciągle zmieniający się system. To wyjaśnia ciągły wyścig „antybiotyki – nowe szczepy bakterii”, gdzie przyjmowanie nowych aktywnych leków nieuchronnie wiąże się ze stopniowym spadkiem ich aktywności.
