Муреїн. Склад і властивості муреїну

Муреїн являє собою опорний біополімер клітинної стінки бактерій, також відомий як пептидоглюкан. Муреїн — це гетерополімер (Н-ацетилглюкозаміна і Н-ацетилмурамової кислоти, зшитих через лактатні залишки короткими ланцюжками пептида). Як визначальна речовина для одного з трьох доменів живих істот, безумовно, даний полімер має свої особливості будови і функції. Спробуємо розібрати їх.

Будова бактеріальної клітини

Бактерії — це великий кластер прокаріотичних організмів. Їх генетичний апарат не укладений у відокремлене мембраною ядро. Проте, незважаючи на еволюційно ранню появу, ці організми поширилися по всіх середовищах нашої планети. Вони можуть мешкати і в нафтових родовищах, в киплячій воді гейзерів, в холодних водах північних океанів, в кислотах шлунка тварин. Стійкість до негативних факторів навколишнього середовища досягається багато в чому за рахунок особливої речовини, що становить основу клітинної стінки бактерії. Речовина це муреїн.

Клітина бактерій складається на 80-85% з води, з решти 20% як правило половину становлять білки, п’яту частину РНК, 5% ДНК і трохи ліпідів. На клітинну стінку припадає 20% сухої речовини (у деяких видів мікроорганізмів навіть до 50%). Товщина цієї платівки — близько 0,01-0,045 мікрометрів.

Муреїн у клітинній стінці

Наявність твердої стінки характерна не тільки для бактерій, але і для грибів і рослин. Однак тільки у прокаріотів вона має подібний склад. Клітинна стінка бактерії — це міцний панцир зі складної молекули полісахариду муреїна. Структура поліпептида представляє собою паралельно розташовані полісахаридні ланцюги, пов’язані між собою пептидними залишками. Модульна одиниця — дисахарид муропептид (у ньому ацетил-Д з’єднаний з ацетилмурамовою кислотою).

Основна риса, що визначає властивості мішка, утвореного муреїном, — наявність замкнутої мережі ланцюгів полісахариду. Це формує щільну мережу без розривів. Видоспецифічною є щільність цієї стінки — у деяких видів вона менш щільна (кишкова паличка), у інших — більше (золотистий стафілокок).

У біології муреїн — це не просто поліпептид, а й супутні йому компоненти клітинної стінки бактерій. Наприклад, у грамположних бактерій до складу також включені полісахариди, тайхоєві кислоти, білки або інші поліпептиди. Ще більше подібних включень у грамотрицьких бактерій. Для них характерні складні ліпосахариди, ліпопротеїни, поліпептиди.

Роль цих речовин у захисті від вірусів-бактеріофагів, а також у захисті від агресивних антибіотиків і ферментів. У бактерій, що відносяться до грамполоджувальних, корпус крихкий. У грамотрицьких бактерій у зв’язку з наявністю великої кількості додаткових включень, муреїновий скелет покритий м’якою захисною оболонкою з ліпідів.

Види пептидогликана

Хоча муреїн — це компонент клітинної стінки, характерний тільки для бактерій, існують також подібні йому структури. Наприклад, у стінці деяких археїв (без’ядерні мікроорганізми, які не мають структур-органелл) і глаукоцистофітових водоростей утворюється псевдопептидоглікан. Виконує він ті ж функції і за складом схожий з муреїном.

Склад муреїна, його будова

Структура являє собою осередкову мережу, утворену компонентами n-ацетилглюкозаміну і n-ацетилмурамової кислоти. Зв’язки утворені за рахунок ^ 1,4-глікозидних зв’язків. Зшивка проводиться за допомогою залишків пептидів на основі дії ферменту транспептидази. Такий ланцюг містить Д-глутамінову кислоту, Л-лізин, Д-аланін, Л-аланін.

При цьому особливістю є те, що такі Д-структури містяться тільки в прокаріотичних клітинах. Таким чином, утворений поліпептид набуває вигляду тривимірної структури, що становить основу клітинної стінки бактерій. Він забезпечує міцність, стійкість і стабільність мембрані.

Властивості і функції

Властивості муреїна обумовлені його структурою. Крім виконання механічної та опорної функції, він володіє антигенними властивостями. Це обумовлює його багатогранну захисну роль для бактерії.

Одна з основних функцій муреїну — це транспорт речовин в бактерію і виведення їх назовні. Цією властивістю обумовлюється участь пептидоглікана в хемо- і фотосинтезі еукаріот, фіксації азоту та інших найважливіших процесах. Всі вони пов’язані зі взаємодією клітини і навколишнього середовища, що забезпечується клітинною стінкою.

При цьому не тільки великі молекули не можуть минути осередок цієї речовини. Муреїн має виборчу проникність по відношенню, наприклад, до антибіотичних агентів. Ця властивість виникає в процесі еволюції та штучного відбору з боку людини.

Участь даної структури в русі клітини пов’язана з наявністю ворсинок і джгутиків, що мають мембранну структуру і щільно пов’язаних з муреїновим мішком.

Склад пептидних ланцюжків, що входять до складу пептидоглікану, є систематичною ознакою і допомагає розрізняти таксони цих мікроорганізмів. Крім того, згідно з формою, яку надає муреїн бактерії, ми розрізняємо їх групи — кокки (круглі), палички, спірохети тощо.

Кількість і якість додаткових включень в структуру клітинної стінки визначає два великих кластера мікроорганізмів: грамполоджувальних і грамотрицьких бактерій. Поділ проводиться за допомогою детектуючого фарбування.

Стійкість муреїна

Оскільки муреїн входить до складу бактеріальної клітинної стінки, він є сигнальною речовиною для імунної системи як людини, так і інших організмів. Наприклад, фермент лізоцим розщеплює бета 1,4-глікозидні зв’язки між залишками ацетилглюкозаміну і ацетилмурамової кислоти, тим самим викликаючи гідролізацію пептидоглюкана і загибель бактеріальної клітини.

Лізоцим є одним з ферментів слини ссавців, що обумовлює її антибактеріальні властивості. Також руйнує пептидні ланцюжки муроендопептидазу, тим самим викликаючи руйнування полімеру. Створювані антибіотики (наприклад, пеніцилін, цефалоспорин) порушують виробництво пептидоглікану. Циклосерин порушує синтез аланину.

У відповідь на цей вплив виникає відповідна реакція бактерій на захист від антибіотиків. Мутація в генетичній послідовності, що відповідає за синтез лактамаз, транспептидази призводять до виникнення штамів, стійких до антибіотиків. Також еволюційна відповідь прокаріотів полягає в поступовій зміні проникливості мембрани для циклосерину та інших речовин.

Муреїн у біології — це система, що постійно змінюється. Цим пояснюється постійна гонка «» антибіотики-нові штами бактерій «», де отримання нових активних препаратів неминуче пов’язане з поступовим зменшенням їх активності.