Murein on bakteerien soluseinää tukeva biopolymeeri, joka tunnetaan myös nimellä peptidoglukaani. Mureiini on heteropolymeeri (N-asetyyliglukosamiini ja N-asetyylimuramiinihappo, jotka on silloitettu laktaattitähteiden kautta lyhyillä peptidiketjuilla). Tällä polymeerillä on luonnollisesti omat rakenteelliset ja toiminnalliset piirteensä määrittävänä aineena yhdelle elävien olentojen kolmesta alueesta. Yritetään selvittää ne.
bakteerisolun rakenne
Bakteerit ovat suuri joukko prokaryoottisia organismeja. Niiden geneettinen laite ei ole suljettu kalvolla erotettuun ytimeen. Siitä huolimatta, evoluution varhaisesta ilmestymisestä huolimatta nämä organismit ovat levinneet kaikkiin planeettamme ympäristöihin. Ne voivat elää myös öljykentillä, geysirien kiehuvassa vedessä, pohjoisten v altamerten kylmissä vesissä, eläinten mahahapoissa. Vastustuskyky negatiivisille ympäristötekijöille saavutetaan suurelta osin erityisen aineen ansiosta, joka muodostaa bakteerin soluseinän perustan. Aine on mureiini.
Bakteerinen solu koostuu 80-85 % vedestä, lopusta 20 %:sta pääsääntöisesti puolet on proteiineja, viidennes RNA:sta, 5 % DNA:sta ja joistakin lipideistä. Soluseinämän osuus on 20 % kuivastaaineista (joissakin mikro-organismeissa jopa 50 %). Tämän levyn paksuus on noin 0,01-0,045 mikrometriä.
Mureiini soluseinässä
Kiinteän seinämän esiintyminen ei ole ominaista vain bakteereille, vaan myös sienille ja kasveille. Kuitenkin vain prokaryooteissa sillä on samanlainen koostumus. Bakteerin soluseinä on vahva kuori, joka koostuu monimutkaisesta mureiinipolysakkaridimolekyylistä. Polypeptidin rakenne koostuu rinnakkaisista polysakkaridiketjuista, jotka on liitetty toisiinsa peptiditähteillä. Modulaarinen yksikkö on disakkaridi muropeptidi (sissä asetyyli-D on kytketty asetyylimuramiinihappoon).
Pärkein ominaisuus, joka määrittää mureiinin muodostaman pussin ominaisuudet, on suljettu polysakkaridiketjujen verkosto. Tämä muodostaa tiiviin verkon, jossa ei ole aukkoja. Tämän seinämän tiheys on lajikohtaista - joissakin lajeissa se on vähemmän tiheää (E. coli), toisissa enemmän (Staphylococcus aureus).
Biologiassa mureiini ei ole vain polypeptidi, vaan myös sen mukana tulevat bakteerisolun seinämän komponentit. Esimerkiksi grampositiivisiin bakteereihin kuuluvat myös polysakkaridit, taikoiinihapot, proteiinit tai muut polypeptidit. Gram-negatiivisilla bakteereilla on vielä enemmän tällaisia sulkeumia. Niille on tunnusomaista monimutkaiset liposakkaridit, lipoproteiinit, polypeptidit.
Näiden aineiden rooli suojassa bakteriofagiviruksia vastaan sekä suojauksessa aggressiivisia antibiootteja ja entsyymejä vastaan. Gram-positiivisilla bakteereilla on herkkä vartalo. Gram-negatiivisissa bakteereissa johtuensuuren määrän lisäsulkeuksia, mureiinirunko on peitetty pehmeällä lipidien suojaavalla kalvolla.
peptidoglykaanin tyypit
Vaikka mureiini on vain bakteereissa esiintyvä soluseinämäkomponentti, on olemassa myös sen k altaisia rakenteita. Esimerkiksi joidenkin arkkien (ei-ytimien mikro-organismien, joilla ei ole organellirakenteita) ja glaukocystophyte-levien seinämiin muodostuu pseudopeptidoglykaania. Se suorittaa samat toiminnot ja on koostumukseltaan samanlainen kuin mureiini.
Mureiinin koostumus, sen rakenne
Rakenne on soluverkko, jonka muodostavat n-asetyyliglukosamiinin ja n-asetyylimuramiinihapon komponentit. Sidokset muodostuvat β1,4-glykosidisidoksesta. Silloitus suoritetaan peptiditähteiden avulla, jotka perustuvat transpeptidaasientsyymin toimintaan. Tällainen ketju sisältää D-glutamiinihappoa, L-lysiiniä, D-alaniinia, L-alaniinia.
Samaan aikaan erikoisuus on, että tällaisia D-rakenteita löytyy vain prokaryoottisoluista. Näin ollen muodostunut polypeptidi saa kolmiulotteisen rakenteen muodon, joka muodostaa bakteerin soluseinän perustan. Se tarjoaa lujuutta, kestävyyttä ja vakautta kalvolle.
Ominaisuudet ja toiminnot
Mureiinin ominaisuudet määräytyvät sen rakenteen mukaan. Sen lisäksi, että sillä on mekaaninen ja tukitoiminto, sillä on antigeenisiä ominaisuuksia. Tämä määrittää sen monipuolisen suojelevan roolin bakteereja vastaan.
Yksi mureiinin päätehtävistä on kuljettaa aineita bakteereihin ja sieltä pois. Tämä ominaisuus määrää osallistumisenpeptidoglykaani eukaryoottien kemo- ja fotosynteesissä, typen kiinnittymisessä ja muissa tärkeissä prosesseissa. Ne kaikki liittyvät solun ja ympäristön vuorovaikutukseen, jonka soluseinä tarjoaa.
Samaan aikaan suuret molekyylit eivät voi ohittaa tämän aineen soluverkkoa. Mureiini läpäisee selektiivisesti esimerkiksi antibioottiaineita. Tämä ominaisuus syntyy ihmisen evoluution ja keinotekoisen valinnan prosessissa.
Tämän rakenteen osallistuminen solujen liikkeisiin liittyy villien ja siimojen esiintymiseen, joilla on kalvorakenne ja jotka ovat tiiviisti yhteydessä mureiinipussiin.
Peptidoglykaanin muodostavien peptidiketjujen koostumus on systemaattinen ominaisuus ja auttaa erottamaan näiden mikro-organismien taksonit. Lisäksi mureiinin bakteereille antaman muodon mukaan erotamme niiden ryhmät - kokit (pyöreät), sauvat, spirokeetat jne.
Soluseinän rakenteessa olevien lisäsulkeutumien määrä ja laatu määräävät kaksi suurta mikro-organismien klusteria: grampositiiviset ja gramnegatiiviset bakteerit. Erotus tehdään etsivällä värjäyksellä.
Mureinin vakaus
Koska mureiini on osa bakteerin soluseinää, se on signaaliaine sekä ihmisten että muiden organismien immuunijärjestelmälle. Esimerkiksi lysotsyymi entsyymi katkaisee beeta 1, 4-glykosidisidoksia asetyyliglukosamiini- ja asetyylimuramiinihappotähteiden välillä aiheuttaen siten peptidoglukaanin hydrolyysin ja bakteerin kuoleman.solut.
Lysotsyymi on yksi nisäkkäiden syljen entsyymeistä, joka määrittää sen antibakteeriset ominaisuudet. Se tuhoaa myös muroendopeptidaasin peptidiketjut ja aiheuttaa siten polymeerin tuhoutumisen. Luodut antibiootit (esimerkiksi penisilliini, kefalosporiinit) häiritsevät peptidoglykaanin tuotantoa. Sykloseriini häiritsee alaniinin synteesiä.
Tämän altistumisen seurauksena bakteerit reagoivat suojaukseen antibiooteilta. Laktamaasien, transpeptidaasin, synteesistä vastuussa olevan geneettisen sekvenssin mutaatiot johtavat antibiooteille vastustuskykyisten kantojen syntymiseen. Prokaryoottien evoluutioreaktio on myös asteittainen muutos kalvon läpäisevyydestä sykloseriinille ja muille aineille.
Murein biologiassa on jatkuvasti muuttuva järjestelmä. Tämä selittää jatkuvan kilpailun "antibiootit - uudet bakteerikannat", jossa uusien aktiivisten lääkkeiden saaminen liittyy väistämättä niiden aktiivisuuden asteittaiseen vähenemiseen.
