Mureïne is een biopolymeer dat de celwand ondersteunt, ook bekend als peptidoglucan. Mureïne is een heteropolymeer (N-acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur verknoopt via lactaatresiduen met korte peptideketens). Als bepalende stof voor een van de drie domeinen van levende wezens heeft dit polymeer natuurlijk zijn eigen structurele en functionele kenmerken. Laten we proberen ze op te lossen.
Structuur van een bacteriecel
Bacteriën zijn een enorm cluster van prokaryotische organismen. Hun genetische apparaat is niet ingesloten in een kern die wordt gescheiden door een membraan. Desalniettemin hebben deze organismen, ondanks het evolutionaire vroege uiterlijk, zich over alle omgevingen van onze planeet verspreid. Ze kunnen ook leven in olievelden, in het kokende water van geisers, in de koude wateren van de noordelijke oceanen, in de maagzuren van dieren. Weerstand tegen negatieve omgevingsfactoren wordt grotendeels bereikt door een speciale stof die de basis vormt van de bacteriële celwand. De stof is mureïne.
Een bacteriecel bestaat voor 80-85% uit water, van de overige 20% bestaat in de regel de helft uit eiwitten, een vijfde uit RNA, 5% uit DNA en sommige lipiden. De celwand is goed voor 20% van de drogestoffen (in sommige soorten micro-organismen zelfs tot 50%). De dikte van deze plaat is ongeveer 0,01-0,045 micrometer.
Mureïne in de celwand
De aanwezigheid van een massieve wand is niet alleen kenmerkend voor bacteriën, maar ook voor schimmels en planten. Alleen in prokaryoten heeft het echter een vergelijkbare samenstelling. De celwand van een bacterie is een sterke schil gemaakt van een complex mureïne-polysaccharidemolecuul. De structuur van een polypeptide bestaat uit parallelle polysacharideketens die onderling verbonden zijn door peptideresiduen. De modulaire eenheid is het disaccharide muropeptide (daarin is acetyl-D verbonden met acetylmuraminezuur).
Het belangrijkste kenmerk dat de eigenschappen van de door mureïne gevormde zak bepa alt, is de aanwezigheid van een gesloten netwerk van polysacharideketens. Dit vormt een dicht netwerk zonder hiaten. De dichtheid van deze wand is soortspecifiek - bij sommige soorten is hij minder dicht (E. coli), bij andere meer (Staphylococcus aureus).
In de biologie is mureïne niet alleen een polypeptide, maar ook de bijbehorende componenten van de bacteriële celwand. Gram-positieve bacteriën omvatten bijvoorbeeld ook polysachariden, taichoïnezuren, eiwitten of andere polypeptiden. Gram-negatieve bacteriën hebben nog meer van dergelijke insluitsels. Ze worden gekenmerkt door complexe liposachariden, lipoproteïnen, polypeptiden.
De rol van deze stoffen bij de bescherming tegen bacteriofaagvirussen, evenals bij de bescherming tegen agressieve antibiotica en enzymen. Gram-positieve bacteriën hebben een kwetsbaar lichaam. In Gram-negatieve bacteriën als gevolg vandoor de aanwezigheid van een groot aantal extra insluitsels, is het mureïneskelet bedekt met een zacht beschermend membraan van lipiden.
Soorten peptidoglycaan
Hoewel mureïne een celwandcomponent is die alleen in bacteriën wordt aangetroffen, bestaan er ook soortgelijke structuren. Zo wordt in de wand van sommige archaea (niet-nucleaire micro-organismen die geen organelstructuren hebben) en glaucocytophyte-algen pseudopeptidoglycaan gevormd. Het vervult dezelfde functies en is qua samenstelling vergelijkbaar met mureïne.
Samenstelling van mureïne, zijn structuur
De structuur is een cellulair netwerk gevormd door de componenten van n-acetylglucosamine en n-acetylmuraminezuur. De bindingen worden gevormd door β1,4-glycosidebindingen. Verknoping vindt plaats door middel van peptideresten op basis van de werking van het transpeptidase-enzym. Zo'n keten bevat D-glutaminezuur, L-lysine, D-alanine, L-alanine.
Tegelijkertijd is de eigenaardigheid dat dergelijke D-structuren alleen in prokaryotische cellen worden gevonden. Het gevormde polypeptide neemt dus de vorm aan van een driedimensionale structuur die de basis vormt van de bacteriële celwand. Het geeft sterkte, weerstand en stabiliteit aan het membraan.
Eigenschappen en functies
De eigenschappen van mureïne worden bepaald door zijn structuur. Naast het uitvoeren van een mechanische en ondersteunende functie, heeft het antigene eigenschappen. Dit bepa alt zijn veelzijdige beschermende rol voor bacteriën.
Een van de belangrijkste functies van mureïne is het transporteren van stoffen in en uit bacteriën. Deze eigenschap bepa alt de deelnamepeptidoglycaan in eukaryote chemo- en fotosynthese, stikstoffixatie en andere belangrijke processen. Ze zijn allemaal geassocieerd met de interactie van de cel en de omgeving, die wordt geleverd door de celwand.
Tegelijkertijd kunnen niet alleen grote moleculen het cellulaire netwerk van deze stof niet omzeilen. Mureïne is selectief permeabel voor bijvoorbeeld antibiotica. Deze eigenschap ontstaat in het proces van evolutie en kunstmatige selectie door de mens.
De deelname van deze structuur aan celbeweging wordt geassocieerd met de aanwezigheid van villi en flagella, die een membraanstructuur hebben en nauw verbonden zijn met de mureïnezak.
De samenstelling van de peptideketens waaruit het peptidoglycaan bestaat, is een systematisch kenmerk en helpt om onderscheid te maken tussen de taxa van deze micro-organismen. Bovendien maken we, afhankelijk van de vorm die mureïne aan bacteriën geeft, onderscheid tussen hun groepen - cocci (rond), staafjes, spirocheten, enz.
De hoeveelheid en kwaliteit van extra insluitsels in de structuur van de celwand bepa alt twee grote clusters van micro-organismen: grampositieve en gramnegatieve bacteriën. Scheiding wordt gedaan door middel van detective-kleuring.
Murein-stabiliteit
Omdat mureïne deel uitmaakt van de bacteriële celwand, is het een signaalstof voor het immuunsysteem van zowel mensen als andere organismen. Het enzym lysozym splitst bijvoorbeeld bèta-1, 4-glycosidebindingen tussen de residuen van acetylglucosamine en acetylmuraminezuur, waardoor hydrolyse van peptidoglucan en dood van de bacteriëlecellen.
Lysozyme is een van de enzymen in het speeksel van zoogdieren dat de antibacteriële eigenschappen bepa alt. Het vernietigt ook de peptideketens van muroendopeptidase, waardoor de vernietiging van het polymeer wordt veroorzaakt. Gemaakte antibiotica (bijvoorbeeld penicilline, cefalosporine) verstoren de productie van peptidoglycaan. Cycloserine verstoort de alaninesynthese.
Als reactie op deze blootstelling reageren bacteriën op bescherming tegen antibiotica. Mutaties in de genetische sequentie die verantwoordelijk is voor de synthese van lactamasen, transpeptidase, leiden tot het ontstaan van stammen die resistent zijn tegen antibiotica. Ook is de evolutionaire respons van prokaryoten een geleidelijke verandering in de permeabiliteit van het membraan voor cycloserine en andere stoffen.
Murein in de biologie is een constant veranderend systeem. Dit verklaart de constante race "antibiotica-nieuwe bacteriestammen", waarbij de ontvangst van nieuwe actieve medicijnen onvermijdelijk gepaard gaat met een geleidelijke afname van hun activiteit.
