Murein är en bakteriell cellväggstödjande biopolymer, även känd som peptidoglukan. Murein är en heteropolymer (N-acetylglukosamin och N-acetylmuraminsyra tvärbundna genom laktatrester med korta peptidkedjor). Som en avgörande substans för en av de tre domänerna av levande varelser, naturligtvis, har denna polymer sina egna strukturella och funktionella egenskaper. Låt oss försöka reda ut dem.
Struktur av en bakteriecell
Bakterier är ett stort kluster av prokaryota organismer. Deras genetiska apparat är inte innesluten i en kärna separerad av ett membran. Trots det evolutionära tidiga utseendet har dessa organismer ändå spridit sig i alla miljöer på vår planet. De kan också leva i oljefält, i det kokande vattnet från gejsrar, i de kalla vattnen i norra haven, i djurens magsyrlighet. Resistens mot negativa miljöfaktorer uppnås till stor del tack vare ett speciellt ämne som utgör grunden för bakteriecellväggen. Ämnet är murein.
En bakteriecell består av 80-85% vatten, av de återstående 20%, som regel är hälften proteiner, en femtedel av RNA, 5% av DNA och några lipider. Cellväggen står för 20 % av det torraämnen (i vissa typer av mikroorganismer till och med upp till 50%). Tjockleken på denna platta är cirka 0,01-0,045 mikrometer.
Murein i cellväggen
Närvaron av en solid vägg är karakteristisk inte bara för bakterier, utan också för svampar och växter. Men endast i prokaryoter har den en liknande sammansättning. En bakteries cellvägg är ett starkt skal tillverkat av en komplex mureinpolysackaridmolekyl. Strukturen av en polypeptid består av parallella polysackaridkedjor sammankopplade av peptidrester. Den modulära enheten är disackariden muropeptid (i den är acetyl-D kopplad till acetylmuraminsyra).
Den huvudsakliga egenskapen som bestämmer egenskaperna hos påsen som bildas av murein är närvaron av ett slutet nätverk av polysackaridkedjor. Detta bildar ett tätt nätverk utan luckor. Densiteten hos denna vägg är artspecifik - hos vissa arter är den mindre tät (E. coli), hos andra är den mer (Staphylococcus aureus).
Inom biologi är murein inte bara en polypeptid, utan också dess medföljande komponenter i bakteriecellväggen. Till exempel inkluderar grampositiva bakterier också polysackarider, taichoinsyror, proteiner eller andra polypeptider. Gramnegativa bakterier har ännu fler sådana inneslutningar. De kännetecknas av komplexa liposackarider, lipoproteiner, polypeptider.
Dessa ämnens roll i skyddet mot bakteriofagvirus, samt i skyddet mot aggressiva antibiotika och enzymer. Grampositiva bakterier har en skör kropp. Hos Gramnegativa bakterier pgaförekomsten av ett stort antal ytterligare inneslutningar är mureinskelettet täckt med ett mjukt skyddande membran av lipider.
Typer av peptidoglykan
Även om murein är en cellväggskomponent som bara finns i bakterier, finns det också strukturer som liknar det. Till exempel, i väggen hos vissa arkéer (icke-nukleära mikroorganismer som inte har organellstrukturer) och glaukocystofytalger, bildas pseudopeptidoglykan. Den utför samma funktioner och har liknande sammansättning som murein.
Komposition av murein, dess struktur
Strukturen är ett cellulärt nätverk som bildas av komponenterna av n-acetylglukosamin och n-acetylmuraminsyra. Bindningarna bildas av β1,4-glykosidbindningar. Tvärbindning utförs med hjälp av peptidrester baserade på verkan av transpeptidasenzymet. En sådan kedja innehåller D-glutaminsyra, L-lysin, D-alanin, L-alanin.
Samtidigt är det speciella att sådana D-strukturer bara finns i prokaryota celler. Således tar den bildade polypeptiden formen av en tredimensionell struktur som utgör grunden för den bakteriella cellväggen. Det ger styrka, motstånd och stabilitet till membranet.
Egenskaper och funktioner
Mureins egenskaper bestäms av dess struktur. Förutom att utföra en mekanisk och stödjande funktion har den antigena egenskaper. Detta avgör dess mångfacetterade skyddande roll för bakterier.
En av mureins huvudfunktioner är att transportera ämnen in i och ut ur bakterier. Denna egenskap avgör deltagandetpeptidoglykan i eukaryot kemo- och fotosyntes, kvävefixering och andra viktiga processer. Alla är förknippade med interaktionen mellan cellen och miljön, som tillhandahålls av cellväggen.
Samtidigt kan inte bara stora molekyler kringgå detta ämnes cellulära nätverk. Murein är selektivt permeabelt för till exempel antibiotika. Denna egenskap uppstår i evolutionsprocessen och artificiellt urval från människans sida.
Denna strukturs deltagande i cellrörelser är förknippad med närvaron av villi och flageller, som har en membranstruktur och är tätt förbundna med mureinsäcken.
Sammansättningen av peptidkedjorna som utgör peptidoglykanen är ett systematiskt inslag och hjälper till att skilja mellan dessa mikroorganismers taxa. Dessutom, beroende på formen som murein ger till bakterier, skiljer vi mellan deras grupper - kocker (runda), stavar, spiroketer, etc.
Mängden och kvaliteten på ytterligare inneslutningar i cellväggens struktur bestämmer två stora kluster av mikroorganismer: grampositiva och gramnegativa bakterier. Separation görs genom detektivfärgning.
Mureinstabilitet
Eftersom murein är en del av bakteriens cellvägg är det en signalsubstans för immunsystemet hos både människor och andra organismer. Till exempel klyver enzymet lysozym beta 1, 4-glykosidbindningar mellan resterna av acetylglukosamin och acetylmuraminsyra, vilket orsakar hydrolys av peptidoglukan och död av bakterien.celler.
Lysozym är ett av enzymerna i däggdjurssaliv, som bestämmer dess antibakteriella egenskaper. Det förstör också peptidkedjorna av muroendopeptidas, vilket orsakar förstörelsen av polymeren. Skapade antibiotika (till exempel penicillin, cefalosporin) stör produktionen av peptidoglykan. Cykloserin stör alaninsyntesen.
Som svar på denna exponering svarar bakterier på skydd mot antibiotika. Mutationer i den genetiska sekvensen som är ansvarig för syntesen av laktamaser, transpeptidas, leder till uppkomsten av stammar som är resistenta mot antibiotika. Dessutom är det evolutionära svaret hos prokaryoter en gradvis förändring av membranets permeabilitet för cykloserin och andra ämnen.
Murein i biologi är ett system i ständig förändring. Detta förklarar den ständiga rasen "antibiotika-nya bakteriestammar", där mottagandet av nya aktiva läkemedel oundvikligen är förknippat med en gradvis minskning av deras aktivitet.
