Murein е биополимер, поддържащ бактериална клетъчна стена, известен също като пептидоглюкан. Муреинът е хетерополимер (N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмурамова киселина, омрежени през лактатни остатъци с къси пептидни вериги). Като определящо вещество за една от трите области на живите същества, разбира се, този полимер има свои собствени структурни и функционални характеристики. Нека се опитаме да ги подредим.
Структура на бактериална клетка
Бактериите са огромен клъстер от прокариотни организми. Техният генетичен апарат не е затворен в ядро, разделено от мембрана. Въпреки това, въпреки еволюционната ранна поява, тези организми са се разпространили във всички среди на нашата планета. Те могат да живеят и в нефтени находища, във врящата вода на гейзерите, в студените води на северните океани, в стомашните киселини на животните. Устойчивостта на негативните фактори на околната среда се постига до голяма степен благодарение на специално вещество, което формира основата на бактериалната клетъчна стена. Веществото е муреин.
Бактериалната клетка се състои от 80-85% вода, от останалите 20%, като правило половината са протеини, една пета от РНК, 5% от ДНК и някои липиди. Клетъчната стена представлява 20% от сухатавещества (при някои видове микроорганизми дори до 50%). Дебелината на тази плоча е около 0,01-0,045 микрометра.
Муреин в клетъчната стена
Наличието на здрава стена е характерно не само за бактериите, но и за гъбичките и растенията. Само при прокариотите обаче има подобен състав. Клетъчната стена на бактерията е здрава обвивка, изградена от сложна муреинова полизахаридна молекула. Структурата на полипептида се състои от паралелни полизахаридни вериги, свързани помежду си с пептидни остатъци. Модулната единица е дизахаридният муропептид (в него ацетил-D е свързан с ацетилмурамова киселина).
Основната характеристика, която определя свойствата на торбата, образувана от муреин, е наличието на затворена мрежа от полизахаридни вериги. Това образува гъста мрежа без празнини. Плътността на тази стена е видоспецифична - при някои видове тя е по-малко плътна (E. coli), при други е по-голяма (Staphylococcus aureus).
В биологията муреинът не е просто полипептид, но и негови придружаващи компоненти на бактериалната клетъчна стена. Например, грам-положителните бактерии включват също полизахариди, тайхоева киселина, протеини или други полипептиди. Грам-отрицателните бактерии имат още повече такива включвания. Те се характеризират със сложни липозахариди, липопротеини, полипептиди.
Ролята на тези вещества в защитата срещу вируси на бактериофаги, както и в защитата срещу агресивни антибиотици и ензими. Грам-положителните бактерии имат крехко тяло. При Грам-отрицателни бактерии порадиналичието на голям брой допълнителни включвания, муреиновият скелет е покрит с мека защитна мембрана от липиди.
Видове пептидогликан
Въпреки че муреинът е компонент на клетъчната стена, открит само в бактериите, подобни структури също съществуват. Например в стената на някои археи (неядрени микроорганизми, които нямат органелни структури) и глаукоцистофитни водорасли се образува псевдопептидогликан. Той изпълнява същите функции и е подобен по състав на муреин.
Състав на муреин, неговата структура
Структурата е клетъчна мрежа, образувана от компонентите на n-ацетилглюкозамин и n-ацетилмураминова киселина. Връзките се образуват от β1,4-гликозидни връзки. Кръстосаното свързване се осъществява с помощта на пептидни остатъци, базирани на действието на ензима транспептидаза. Такава верига съдържа D-глутаминова киселина, L-лизин, D-аланин, L-аланин.
В същото време особеността е, че такива D-структури се срещат само в прокариотните клетки. Така образуваният полипептид приема формата на триизмерна структура, която формира основата на бактериалната клетъчна стена. Осигурява здравина, устойчивост и стабилност на мембраната.
Свойства и функции
Свойствата на муреина се определят от неговата структура. Освен че изпълнява механична и поддържаща функция, има антигенни свойства. Това определя неговата многостранна защитна роля за бактериите.
Една от основните функции на муреина е да транспортира вещества във и извън бактериите. Това свойство определя участиетопептидогликан в еукариотната химио- и фотосинтеза, фиксиране на азот и други важни процеси. Всички те са свързани с взаимодействието на клетката и околната среда, което се осигурява от клетъчната стена.
В същото време не само големите молекули не могат да заобиколят клетъчната мрежа на това вещество. Муреинът е селективно пропусклив за, например, антибиотици. Това свойство възниква в процеса на еволюция и изкуствен подбор от страна на човека.
Участието на тази структура в клетъчното движение се свързва с наличието на вили и флагели, които имат мембранна структура и са плътно свързани с муреиновата торбичка.
Съставът на пептидните вериги, които изграждат пептидогликана, е систематична характеристика и помага за разграничаването на таксоните на тези микроорганизми. Освен това според формата, която муреинът придава на бактериите, различаваме техните групи - коки (кръгли), пръчици, спирохети и др.
Количеството и качеството на допълнителните включвания в структурата на клетъчната стена определя два големи клъстера от микроорганизми: грам-положителни и грам-отрицателни бактерии. Разделянето се извършва чрез детективско оцветяване.
Murein стабилност
Тъй като муреинът е част от бактериалната клетъчна стена, той е сигнално вещество за имунната система както на хората, така и на други организми. Например, ензимът лизозим разцепва бета 1,4-гликозидните връзки между остатъците от ацетилглюкозамин и ацетилмурамова киселина, като по този начин причинява хидролиза на пептидоглюкан и смърт на бактерията.клетки.
Лизозимът е един от ензимите в слюнката на бозайници, който определя нейните антибактериални свойства. Той също така разрушава пептидните вериги на муроендопептидазата, като по този начин причинява разрушаване на полимера. Създадените антибиотици (например пеницилин, цефалоспорин) нарушават производството на пептидогликан. Циклосеринът нарушава синтеза на аланин.
В отговор на това излагане, бактериите реагират на защита от антибиотици. Мутациите в генетичната последователност, отговорна за синтеза на лактамази, транспептидаза, водят до появата на щамове, които са резистентни към антибиотици. Също така, еволюционният отговор на прокариотите е постепенна промяна в пропускливостта на мембраната за циклосерин и други вещества.
Murein в биологията е постоянно променяща се система. Това обяснява постоянната надпревара "антибиотици-нови щамове бактерии", където получаването на нови активни лекарства неизбежно е свързано с постепенно намаляване на тяхната активност.
