Murein je biopolimer, ki podpira bakterijsko celično steno, znan tudi kot peptidoglukan. Murein je heteropolimer (N-acetilglukozamin in N-acetilmuramska kislina, zamrežena prek laktatnih ostankov s kratkimi peptidnimi verigami). Kot odločilna snov za eno od treh področij živih bitij ima seveda ta polimer svoje strukturne in funkcionalne značilnosti. Poskusimo jih razvrstiti.
Struktura bakterijske celice
Bakterije so obsežna skupina prokariontskih organizmov. Njihov genetski aparat ni zaprt v jedru, ločenem z membrano. Kljub zgodnjemu evolucijskemu videzu so se ti organizmi razširili po vseh okoljih našega planeta. Živijo lahko tudi na naftnih poljih, v vreli vodi gejzirjev, v hladnih vodah severnih oceanov, v želodčnih kislinah živali. Odpornost na negativne okoljske dejavnike je v veliki meri dosežena zaradi posebne snovi, ki je osnova bakterijske celične stene. Snov je murein.
Bakterijska celica je sestavljena iz 80-85% vode, od preostalih 20% je praviloma polovica beljakovin, petina RNA, 5% DNK in nekaj lipidov. Celična stena predstavlja 20% suhesnovi (pri nekaterih vrstah mikroorganizmov tudi do 50 %). Debelina te plošče je približno 0,01-0,045 mikrometrov.
Murein v celični steni
Prisotnost trdne stene ni značilna samo za bakterije, ampak tudi za glive in rastline. Vendar ima podobno sestavo le pri prokariotih. Celična stena bakterije je močna lupina iz kompleksne molekule polisaharida murein. Struktura polipeptida je sestavljena iz vzporednih polisaharidnih verig, ki so med seboj povezane s peptidnimi ostanki. Modularna enota je disaharid muropeptid (v njem je acetil-D povezan z acetilmuramsko kislino).
Glavna značilnost, ki določa lastnosti vrečke, ki jo tvori murein, je prisotnost zaprte mreže polisaharidnih verig. To tvori gosto mrežo brez vrzeli. Gostota te stene je specifična za vrsto – pri nekaterih vrstah je manj gosta (E. coli), pri drugih več (Staphylococcus aureus).
V biologiji murein ni le polipeptid, ampak tudi njegove spremljevalne komponente bakterijske celične stene. Na primer, gram-pozitivne bakterije vključujejo tudi polisaharide, taihojske kisline, beljakovine ali druge polipeptide. Gram-negativne bakterije imajo še več takšnih vključkov. Zanje so značilni kompleksni liposaharidi, lipoproteini, polipeptidi.
Vloga teh snovi pri zaščiti pred virusi bakteriofagov, pa tudi pri zaščiti pred agresivnimi antibiotiki in encimi. Gram pozitivne bakterije imajo krhko telo. Pri gram-negativnih bakterijah zaradiprisotnost velikega števila dodatnih vključkov, je okostje mureina prekrito z mehko zaščitno membrano lipidov.
Vrste peptidoglikana
Čeprav je murein komponenta celične stene, ki jo najdemo le v bakterijah, obstajajo tudi podobne strukture. Na primer, v steni nekaterih arhej (nejedrskih mikroorganizmov, ki nimajo organelne strukture) in glavkocistofitnih alg nastane psevdopeptidoglikan. Izvaja enake funkcije in je po sestavi podoben mureinu.
Sestava mureina, njegova struktura
Struktura je celična mreža, sestavljena iz komponent n-acetilglukozamina in n-acetilmuramske kisline. Vezi tvorijo β1,4-glikozidne vezi. Navzkrižno povezovanje se izvaja s pomočjo peptidnih ostankov na podlagi delovanja encima transpeptidaze. Takšna veriga vsebuje D-glutaminsko kislino, L-lizin, D-alanin, L-alanin.
Ob tem je posebnost, da takšne D-strukture najdemo le v prokariontskih celicah. Tako nastali polipeptid prevzame obliko tridimenzionalne strukture, ki tvori osnovo bakterijske celične stene. Zagotavlja moč, odpornost in stabilnost membrane.
Lastnosti in funkcije
Lastnosti mureina določa njegova struktura. Poleg opravljanja mehanske in podporne funkcije ima antigenske lastnosti. To določa njegovo večplastno zaščitno vlogo za bakterije.
Ena od glavnih funkcij mureina je transport snovi v in iz bakterij. Ta lastnost določa udeležbopeptidoglikan v evkariotski kemo- in fotosintezi, fiksaciji dušika in drugih pomembnih procesih. Vsi so povezani z interakcijo celice in okolja, ki jo zagotavlja celična stena.
Hkrati pa ne samo velike molekule ne morejo zaobiti celične mreže te snovi. Murein je selektivno prepusten na primer za antibiotike. Ta lastnost nastane v procesu evolucije in umetne selekcije na strani človeka.
Udeležba te strukture pri gibanju celic je povezana s prisotnostjo resic in bičkov, ki imajo membransko strukturo in so tesno povezani z mureinsko vrečko.
Sestava peptidnih verig, ki sestavljajo peptidoglikan, je sistematična značilnost in pomaga razlikovati med taksoni teh mikroorganizmov. Poleg tega glede na obliko, ki jo murein daje bakterijam, ločimo njihove skupine - koke (okrogle), paličice, spirohete itd.
Količina in kakovost dodatnih vključkov v strukturi celične stene določata dva velika grozda mikroorganizmov: gram-pozitivne in gram-negativne bakterije. Ločitev se izvede z detektivskim barvanjem.
Murein stabilnost
Ker je murein del bakterijske celične stene, je signalna snov za imunski sistem ljudi in drugih organizmov. Na primer, encim lizocim cepi beta 1,4-glikozidne vezi med ostanki acetilglukozamina in acetilmuramske kisline, s čimer povzroči hidrolizo peptidoglukana in smrt bakterije.celice.
Lizocim je eden od encimov v slini sesalcev, ki določa njegove antibakterijske lastnosti. Prav tako uniči peptidne verige muroendopeptidaze in tako povzroči uničenje polimera. Ustvarjeni antibiotiki (na primer penicilin, cefalosporin) motijo proizvodnjo peptidoglikana. Cikloserin moti sintezo alanina.
Kot odziv na to izpostavljenost se bakterije odzovejo na zaščito pred antibiotiki. Mutacije v genetskem zaporedju, odgovornem za sintezo laktamaz, transpeptidaze, vodijo do nastanka sevov, ki so odporni na antibiotike. Tudi evolucijski odziv prokariotov je postopna sprememba prepustnosti membrane za cikloserin in druge snovi.
Murein v biologiji je sistem, ki se nenehno spreminja. To pojasnjuje nenehno dirko "antibiotiki-novi sevi bakterij", kjer je prejemanje novih aktivnih zdravil neizogibno povezano s postopnim zmanjševanjem njihove aktivnosti.
