Mureinas yra bakterijų ląstelių sienelę palaikantis biopolimeras, dar žinomas kaip peptidogliukanas. Mureinas yra heteropolimeras (N-acetilgliukozaminas ir N-acetilmuramo rūgštis, susijungę per laktato liekanas su trumpomis peptidų grandinėmis). Žinoma, šis polimeras, kaip vienai iš trijų gyvų būtybių sričių, lemianti medžiaga turi savo struktūrinių ir funkcinių savybių. Pabandykime juos sutvarkyti.
Bakterijos ląstelės struktūra
Bakterijos yra didžiulė prokariotinių organizmų grupė. Jų genetinis aparatas nėra uždarytas branduolyje, atskirtame membrana. Nepaisant to, nepaisant ankstyvos evoliucinės išvaizdos, šie organizmai išplito visose mūsų planetos aplinkose. Jie gali gyventi ir naftos telkiniuose, verdančiame geizerių vandenyje, š altuose šiaurinių vandenynų vandenyse, gyvūnų skrandžio rūgštyse. Atsparumas neigiamiems aplinkos veiksniams pasiekiamas daugiausia dėl specialios medžiagos, kuri sudaro bakterijų ląstelės sienelės pagrindą. Medžiaga yra mureinas.
Bakterijų ląsteles sudaro 80–85% vandens, iš likusių 20%, kaip taisyklė, pusę sudaro b altymai, penktadalis RNR, 5% DNR ir kai kurie lipidai. Ląstelės sienelė sudaro 20% sausosmedžiagų (kai kuriose mikroorganizmų rūšyse net iki 50 proc.). Šios plokštės storis yra apie 0,01–0,045 mikrometro.
Mureinas ląstelės sienelėje
Tvirta sienelė būdinga ne tik bakterijoms, bet ir grybams bei augalams. Tačiau tik prokariotuose jis turi panašią sudėtį. Bakterijos ląstelės sienelė yra stiprus apvalkalas, sudarytas iš sudėtingos mureino polisacharido molekulės. Polipeptido struktūra susideda iš lygiagrečių polisacharidų grandinių, tarpusavyje sujungtų peptidų liekanomis. Modulinis vienetas yra disacharido muropeptidas (jame acetil-D yra prijungtas prie acetilmuramo rūgšties).
Pagrindinė ypatybė, lemianti mureino suformuoto maišelio savybes, yra uždaro polisacharidinių grandinių tinklo buvimas. Tai sudaro tankų tinklą be tarpų. Šios sienelės tankis būdingas rūšiai – kai kuriose rūšyse ji mažiau tanki (E. coli), kitų – daugiau (Staphylococcus aureus).
Biologijoje mureinas yra ne tik polipeptidas, bet ir jį lydintys bakterijų ląstelės sienelės komponentai. Pavyzdžiui, gramteigiamos bakterijos taip pat apima polisacharidus, taichoic rūgštis, b altymus ar kitus polipeptidus. Gramneigiamos bakterijos tokių inkliuzų turi dar daugiau. Jiems būdingi sudėtingi liposacharidai, lipoproteinai, polipeptidai.
Šių medžiagų vaidmuo apsaugant nuo bakteriofagų virusų, taip pat saugant nuo agresyvių antibiotikų ir fermentų. Gramteigiamų bakterijų kūnas yra trapus. Gramneigiamose bakterijose dėlesant daugybei papildomų inkliuzų, mureino skeletas yra padengtas minkšta apsaugine lipidų membrana.
Peptidoglikano tipai
Nors mureinas yra ląstelės sienelės komponentas, randamas tik bakterijose, egzistuoja ir į jį panašios struktūros. Pavyzdžiui, kai kurių archėjų (nebranduolinių mikroorganizmų, neturinčių organelių struktūrų) ir glaukocistofitų dumblių sienelėje susidaro pseudopeptidoglikanas. Jis atlieka tas pačias funkcijas ir savo sudėtimi yra panašus į mureiną.
Mureino sudėtis, jo struktūra
Struktūra yra ląstelių tinklas, sudarytas iš n-acetilgliukozamino ir n-acetilmuramo rūgšties komponentų. Ryšiai susidaro β1,4-glikozidinėmis jungtimis. Kryžminis susiejimas atliekamas naudojant peptidų liekanas, pagrįstas transpeptidazės fermento veikimu. Tokioje grandinėje yra D-glutamo rūgšties, L-lizino, D-alanino, L-alanino.
Tuo pačiu ypatumas tas, kad tokios D struktūros randamos tik prokariotinėse ląstelėse. Taigi, susidaręs polipeptidas įgauna trimatės struktūros formą, kuri sudaro bakterinės ląstelės sienelės pagrindą. Jis suteikia membranai tvirtumo, atsparumo ir stabilumo.
Ypatybės ir funkcijos
Mureino savybes lemia jo struktūra. Be mechaninės ir atraminės funkcijos, jis turi antigeninių savybių. Tai lemia įvairiapusį bakterijų apsauginį vaidmenį.
Viena iš pagrindinių mureino funkcijų yra transportuoti medžiagas į bakterijas ir iš jų. Ši savybė lemia dalyvavimąpeptidoglikanas eukariotų chemo- ir fotosintezėje, azoto fiksacijoje ir kituose svarbiuose procesuose. Visi jie yra susiję su ląstelės ir aplinkos sąveika, kurią užtikrina ląstelės sienelė.
Tuo pačiu metu ne tik didelės molekulės negali apeiti šios medžiagos ląstelių tinklo. Mureinas yra selektyviai pralaidus, pavyzdžiui, antibiotikams. Ši savybė atsiranda žmogaus evoliucijos ir dirbtinės atrankos procese.
Šios struktūros dalyvavimas ląstelių judėjime yra susijęs su gaurelių ir žvynelių buvimu, kurie turi membraninę struktūrą ir yra glaudžiai susiję su mureino maišeliu.
Peptidinių grandinių, sudarančių peptidoglikaną, sudėtis yra sisteminga savybė ir padeda atskirti šių mikroorganizmų taksonus. Be to, pagal formą, kurią mureinas suteikia bakterijoms, skiriame jų grupes – kokus (apvalius), lazdeles, spirochetas ir kt.
Papildomų inkliuzų kiekis ir kokybė ląstelės sienelės struktūroje lemia dvi dideles mikroorganizmų grupes: gramteigiamų ir gramneigiamų bakterijų. Atskyrimas atliekamas detektyviniu dažymu.
Mureino stabilumas
Kadangi mureinas yra bakterijų ląstelės sienelės dalis, tai signalizuojanti medžiaga tiek žmonių, tiek kitų organizmų imuninei sistemai. Pavyzdžiui, fermentas lizocimas skaido beta 1, 4-glikozidinius ryšius tarp acetilgliukozamino ir acetilmuramo rūgšties liekanų, taip sukeldamas peptidogliukano hidrolizę ir bakterijų mirtį.langeliai.
Lizocimas yra vienas iš žinduolių seilėse esančių fermentų, kuris lemia jų antibakterines savybes. Jis taip pat sunaikina muroendopeptidazės peptidines grandines, taip sukeldamas polimero sunaikinimą. Sukurti antibiotikai (pvz., penicilinas, cefalosporinai) sutrikdo peptidoglikano gamybą. Cikloserinas sutrikdo alanino sintezę.
Reaguodamos į šį poveikį, bakterijos reaguoja į apsaugą nuo antibiotikų. Dėl mutacijų genetinėje sekoje, atsakingoje už laktamazių, transpeptidazės, sintezę, atsiranda padermių, kurios yra atsparios antibiotikams. Be to, prokariotų evoliucinis atsakas yra laipsniškas membranos pralaidumo cikloserinui ir kitoms medžiagoms pokytis.
Murein biologijoje yra nuolat besikeičianti sistema. Tai paaiškina nuolatines lenktynes „antibiotikai – naujos bakterijų padermės“, kai naujų aktyvių vaistų gavimas neišvengiamai siejamas su laipsnišku jų aktyvumo mažėjimu.
