Η μουρεΐνη είναι ένα βιοπολυμερές υποστήριξης βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, γνωστό και ως πεπτιδογλουκάνη. Η μουρεΐνη είναι ένα ετεροπολυμερές (Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικό οξύ διασυνδεδεμένα μέσω γαλακτικών υπολειμμάτων με μικρές πεπτιδικές αλυσίδες). Ως καθοριστική ουσία για έναν από τους τρεις τομείς των ζωντανών όντων, φυσικά, αυτό το πολυμερές έχει τα δικά του δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά. Ας προσπαθήσουμε να τα λύσουμε.
Δομή ενός βακτηριακού κυττάρου
Τα βακτήρια είναι ένα τεράστιο σύμπλεγμα προκαρυωτικών οργανισμών. Η γενετική τους συσκευή δεν περικλείεται σε έναν πυρήνα που χωρίζεται από μια μεμβράνη. Ωστόσο, παρά την πρώιμη εξελικτική εμφάνιση, αυτοί οι οργανισμοί έχουν εξαπλωθεί σε όλα τα περιβάλλοντα του πλανήτη μας. Μπορούν επίσης να ζήσουν σε κοιτάσματα πετρελαίου, στο βραστό νερό των γκέιζερ, στα κρύα νερά των βόρειων ωκεανών, στα οξέα του στομάχου των ζώων. Η αντίσταση σε αρνητικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες επιτυγχάνεται σε μεγάλο βαθμό λόγω μιας ειδικής ουσίας που αποτελεί τη βάση του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Η ουσία είναι μουρεΐνη.
Ένα βακτηριακό κύτταρο αποτελείται από 80-85% νερό, από το υπόλοιπο 20%, κατά κανόνα τα μισά είναι πρωτεΐνες, το ένα πέμπτο του RNA, το 5% του DNA και μερικά λιπίδια. Το κυτταρικό τοίχωμα αντιπροσωπεύει το 20% του ξηρούουσίες (σε ορισμένους τύπους μικροοργανισμών ακόμη και έως 50%). Το πάχος αυτής της πλάκας είναι περίπου 0,01-0,045 μικρόμετρα.
Μουρεΐνη στο κυτταρικό τοίχωμα
Η παρουσία ενός συμπαγούς τοιχώματος είναι χαρακτηριστική όχι μόνο για τα βακτήρια, αλλά και για τους μύκητες και τα φυτά. Ωστόσο, μόνο στους προκαρυώτες έχει παρόμοια σύνθεση. Το κυτταρικό τοίχωμα ενός βακτηρίου είναι ένα ισχυρό κέλυφος που αποτελείται από ένα πολύπλοκο μόριο πολυσακχαρίτη μουρεΐνης. Η δομή ενός πολυπεπτιδίου αποτελείται από παράλληλες αλυσίδες πολυσακχαρίτη που διασυνδέονται με υπολείμματα πεπτιδίων. Η αρθρωτή μονάδα είναι το μουροπεπτίδιο δισακχαρίτη (σε αυτό το ακετυλο-D συνδέεται με το ακετυλομουραμικό οξύ).
Το κύριο χαρακτηριστικό που καθορίζει τις ιδιότητες του σάκου που σχηματίζεται από τη μουρεΐνη είναι η παρουσία ενός κλειστού δικτύου αλυσίδων πολυσακχαριτών. Αυτό σχηματίζει ένα πυκνό δίκτυο χωρίς κενά. Η πυκνότητα αυτού του τοιχώματος είναι συγκεκριμένη για το είδος - σε ορισμένα είδη είναι λιγότερο πυκνή (E. coli), σε άλλα είναι μεγαλύτερη (Staphylococcus aureus).
Στη βιολογία, η μουρεΐνη δεν είναι απλώς ένα πολυπεπτίδιο, αλλά και τα συνοδευτικά συστατικά του στο βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα. Για παράδειγμα, τα θετικά κατά Gram βακτήρια περιλαμβάνουν επίσης πολυσακχαρίτες, ταϊχοϊκά οξέα, πρωτεΐνες ή άλλα πολυπεπτίδια. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια έχουν ακόμη περισσότερα τέτοια εγκλείσματα. Χαρακτηρίζονται από σύνθετους λιποσακχαρίτες, λιποπρωτεΐνες, πολυπεπτίδια.
Ο ρόλος αυτών των ουσιών στην προστασία από τους ιούς των βακτηριοφάγων, καθώς και στην προστασία από επιθετικά αντιβιοτικά και ένζυμα. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν εύθραυστο σώμα. Σε Gram-αρνητικά βακτήρια λόγωη παρουσία ενός μεγάλου αριθμού πρόσθετων εγκλεισμάτων, ο σκελετός μουρεΐνης καλύπτεται με μια μαλακή προστατευτική μεμβράνη λιπιδίων.
Τύποι πεπτιδογλυκάνης
Αν και η μουρεΐνη είναι ένα συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος που βρίσκεται μόνο στα βακτήρια, υπάρχουν επίσης δομές παρόμοιες με αυτήν. Για παράδειγμα, στο τοίχωμα ορισμένων αρχαίων (μη πυρηνικοί μικροοργανισμοί που δεν έχουν οργανικές δομές) και γλαυκοκυστοφυτικών φυκών, σχηματίζεται ψευδοπεπτιδογλυκάνη. Εκτελεί τις ίδιες λειτουργίες και είναι παρόμοια στη σύνθεση με το μουρεΐνη.
Σύνθεση της μουρείνης, η δομή της
Η δομή είναι ένα κυτταρικό δίκτυο που σχηματίζεται από τα συστατικά της ν-ακετυλογλυκοζαμίνης και του ν-ακετυλομουραμικού οξέος. Οι δεσμοί σχηματίζονται από β1,4-γλυκοσιδικούς δεσμούς. Η διασύνδεση πραγματοποιείται μέσω καταλοίπων πεπτιδίων που βασίζονται στη δράση του ενζύμου τρανσπεπτιδάσης. Μια τέτοια αλυσίδα περιέχει D-γλουταμινικό οξύ, L-λυσίνη, D-αλανίνη, L-αλανίνη.
Ταυτόχρονα, η ιδιαιτερότητα είναι ότι τέτοιες δομές D βρίσκονται μόνο σε προκαρυωτικά κύτταρα. Έτσι, το σχηματιζόμενο πολυπεπτίδιο παίρνει τη μορφή μιας τρισδιάστατης δομής που αποτελεί τη βάση του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Παρέχει αντοχή, αντοχή και σταθερότητα στη μεμβράνη.
Ιδιότητες και λειτουργίες
Οι ιδιότητες της μουρεΐνης καθορίζονται από τη δομή της. Εκτός από τη μηχανική και υποστηρικτική λειτουργία, έχει αντιγονικές ιδιότητες. Αυτό καθορίζει τον πολύπλευρο προστατευτικό του ρόλο για τα βακτήρια.
Μία από τις κύριες λειτουργίες της μουρεΐνης είναι να μεταφέρει ουσίες μέσα και έξω από τα βακτήρια. Αυτή η ιδιότητα καθορίζει τη συμμετοχήπεπτιδογλυκάνη στην ευκαρυωτική χημειο- και φωτοσύνθεση, δέσμευση αζώτου και άλλες σημαντικές διεργασίες. Όλα αυτά συνδέονται με την αλληλεπίδραση του κυττάρου και του περιβάλλοντος, η οποία παρέχεται από το κυτταρικό τοίχωμα.
Ταυτόχρονα, όχι μόνο μεγάλα μόρια δεν μπορούν να παρακάμψουν το κυτταρικό δίκτυο αυτής της ουσίας. Η μουρεΐνη είναι επιλεκτικά διαπερατή, για παράδειγμα, σε αντιβιοτικούς παράγοντες. Αυτή η ιδιότητα προκύπτει κατά τη διαδικασία της εξέλιξης και της τεχνητής επιλογής από την πλευρά του ανθρώπου.
Η συμμετοχή αυτής της δομής στην κυτταρική κίνηση σχετίζεται με την παρουσία λαχνών και μαστιγίων, τα οποία έχουν δομή μεμβράνης και συνδέονται στενά με τον θύλακα.
Η σύνθεση των πεπτιδικών αλυσίδων που συνθέτουν την πεπτιδογλυκάνη είναι ένα συστηματικό χαρακτηριστικό και βοηθά στη διάκριση μεταξύ των ταξινομικών κατηγοριών αυτών των μικροοργανισμών. Επιπλέον, σύμφωνα με το σχήμα που δίνει η μουρεΐνη στα βακτήρια, διακρίνουμε τις ομάδες τους - κόκκους (στρογγυλοί), ράβδοι, σπειροχαίτες κ.λπ.
Η ποσότητα και η ποιότητα των πρόσθετων εγκλεισμάτων στη δομή του κυτταρικού τοιχώματος καθορίζει δύο μεγάλες ομάδες μικροοργανισμών: τα θετικά κατά gram και τα αρνητικά κατά gram βακτήρια. Ο διαχωρισμός γίνεται με ντετέκτιβ χρώση.
Σταθερότητα Murein
Δεδομένου ότι η μουρεΐνη είναι μέρος του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, είναι μια ουσία σηματοδότησης για το ανοσοποιητικό σύστημα τόσο των ανθρώπων όσο και άλλων οργανισμών. Για παράδειγμα, το ένζυμο λυσοζύμη διασπά τους βήτα 1, 4-γλυκοζιτικούς δεσμούς μεταξύ των υπολειμμάτων της ακετυλογλυκοζαμίνης και του ακετυλομουραμικού οξέος, προκαλώντας έτσι υδρόλυση της πεπτιδογλουκάνης και θάνατο του βακτηρίουκύτταρα.
Η λυσοζύμη είναι ένα από τα ένζυμα στο σάλιο των θηλαστικών, το οποίο καθορίζει τις αντιβακτηριακές του ιδιότητες. Καταστρέφει επίσης τις πεπτιδικές αλυσίδες της μουροενδοπεπτιδάσης, προκαλώντας έτσι την καταστροφή του πολυμερούς. Τα αντιβιοτικά που δημιουργούνται (για παράδειγμα, πενικιλλίνη, κεφαλοσπορίνη) διαταράσσουν την παραγωγή πεπτιδογλυκάνης. Η κυκλοσερίνη διαταράσσει τη σύνθεση της αλανίνης.
Σε απόκριση σε αυτή την έκθεση, τα βακτήρια ανταποκρίνονται στην προστασία από τα αντιβιοτικά. Οι μεταλλάξεις στη γενετική αλληλουχία που είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση των λακταμάσων, της τρανσπεπτιδάσης, οδηγούν στην εμφάνιση στελεχών που είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά. Επίσης, η εξελικτική απόκριση των προκαρυωτών είναι μια σταδιακή αλλαγή στη διαπερατότητα της μεμβράνης για την κυκλοσερίνη και άλλες ουσίες.
Murein στη βιολογία είναι ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο σύστημα. Αυτό εξηγεί τη συνεχή φυλή «αντιβιοτικά-νέα στελέχη βακτηρίων», όπου η λήψη νέων δραστικών φαρμάκων συνδέεται αναπόφευκτα με σταδιακή μείωση της δραστηριότητάς τους.
