Murein on bakteriraku seina toetav biopolümeer, tuntud ka kui peptidoglükaan. Mureiin on heteropolümeer (N-atsetüülglükoosamiin ja N-atsetüülmuraamhape, mis on ristseotud lühikeste peptiidahelatega laktaadijääkide kaudu). Ühe kolmest elusolendite domeenist määrava ainena on sellel polümeeril loomulikult oma struktuursed ja funktsionaalsed omadused. Proovime need ära sorteerida.
Bakteriraku struktuur
Bakterid on suur hulk prokarüootseid organisme. Nende geneetiline aparaat ei ole ümbritsetud membraaniga eraldatud tuumaga. Sellegipoolest on need organismid evolutsiooniliselt varasest ilmumisest hoolimata levinud meie planeedi kõikidesse keskkondadesse. Nad võivad elada ka naftaväljadel, geisrite keevas vees, põhjapoolsete ookeanide külmades vetes, loomade maohapetes. Vastupidavus negatiivsetele keskkonnateguritele saavutatakse suuresti tänu spetsiaalsele ainele, mis on bakteriraku seina aluseks. Aine on mureiin.
Bakterirakk koosneb 80–85% ulatuses veest, ülejäänud 20%, reeglina pooled on valgud, viiendik RNA-st, 5% DNA-st ja mõnedest lipiididest. Rakusein moodustab 20% kuivainestaineid (mõningat tüüpi mikroorganismides isegi kuni 50%). Selle plaadi paksus on umbes 0,01–0,045 mikromeetrit.
Mureiin rakuseinas
Tahke seina olemasolu ei ole iseloomulik mitte ainult bakteritele, vaid ka seentele ja taimedele. Kuid ainult prokarüootides on sellel sarnane koostis. Bakteri rakusein on tugev kest, mis koosneb mureiini polüsahhariidi kompleksmolekulist. Polüpeptiidi struktuur koosneb paralleelsetest polüsahhariidahelatest, mis on omavahel ühendatud peptiidijääkidega. Modulaarne üksus on disahhariidmuropeptiid (selles on atsetüül-D ühendatud atsetüülmuraamhappega).
Peamine omadus, mis määrab mureiinist moodustatud koti omadused, on polüsahhariidahelate suletud võrgustiku olemasolu. See moodustab tiheda võrgu, millel pole lünki. Selle müüri tihedus on liigispetsiifiline - mõnel liigil on see vähem tihe (E. coli), teistel rohkem (Staphylococcus aureus).
Bioloogias pole mureiin mitte ainult polüpeptiid, vaid ka sellega kaasnevad bakteriraku seina komponendid. Näiteks grampositiivsete bakterite hulka kuuluvad ka polüsahhariidid, taihoiinhapped, valgud või muud polüpeptiidid. Gramnegatiivsetel bakteritel on selliseid lisandeid veelgi rohkem. Neid iseloomustavad komplekssed liposahhariidid, lipoproteiinid, polüpeptiidid.
Nende ainete roll kaitses bakteriofaagiviiruste eest, samuti kaitses agressiivsete antibiootikumide ja ensüümide eest. Grampositiivsetel bakteritel on habras keha. Gramnegatiivsetes bakterites tingitudsuure hulga lisasulgude olemasolul on mureiini skelett kaetud pehme lipiidide kaitsemembraaniga.
Peptidoglükaani tüübid
Kuigi mureiin on rakuseina komponent, mida leidub ainult bakterites, eksisteerivad ka sellele sarnased struktuurid. Näiteks mõne arhee (mittetuumalised mikroorganismid, millel puuduvad organellide struktuurid) ja glaukotsüstofüütvetikate seinas moodustub pseudopeptidoglükaan. See täidab samu funktsioone ja on koostiselt sarnane mureiiniga.
Mureiini koostis, struktuur
Struktuur on rakuline võrk, mille moodustavad n-atsetüülglükoosamiini ja n-atsetüülmuraamhappe komponendid. Sidemed moodustuvad β1,4-glükosiidsidemetega. Ristsidumine toimub peptiidijääkide abil, mis põhinevad transpeptidaasi ensüümi toimel. Selline ahel sisaldab D-glutamiinhapet, L-lüsiini, D-alaniini, L-alaniini.
Samas on omapära see, et selliseid D-struktuure leidub ainult prokarüootsetes rakkudes. Seega moodustub polüpeptiid kolmemõõtmelise struktuuri kujul, mis moodustab bakteriraku seina aluse. See tagab membraanile tugevuse, vastupidavuse ja stabiilsuse.
Atribuudid ja funktsioonid
Mureiini omadused määrab tema struktuur. Lisaks mehaanilise ja toetava funktsiooni täitmisele on sellel antigeensed omadused. See määrab selle mitmetahulise kaitsva rolli bakterite vastu.
Mureiini üks põhifunktsioone on ainete transportimine bakteritesse ja se alt välja. See omadus määrab osalemisepeptidoglükaan eukarüootsetes kemo- ja fotosünteesis, lämmastiku sidumises ja muudes olulistes protsessides. Kõik need on seotud raku ja keskkonna vastasmõjuga, mille tagab rakusein.
Samal ajal ei saa selle aine rakuvõrgust mööda minna mitte ainult suured molekulid. Mureiin on selektiivselt läbilaskev näiteks antibiootikumide suhtes. See omadus tekib inimese evolutsiooni ja kunstliku valiku käigus.
Selle struktuuri osalemine rakkude liikumises on seotud membraanistruktuuriga ja mureiinikotiga tihed alt seotud villi ja lipu olemasoluga.
Peptiidahelate koostis, millest koosneb peptidoglükaan, on süstemaatiline tunnus ja aitab eristada nende mikroorganismide taksoneid. Lisaks sellele eristame mureiini bakteritele antava kuju järgi nende rühmi - kokid (ümmargused), vardad, spiroheedid jne.
Rakuseina struktuuri täiendavate lisandite kogus ja kvaliteet määravad kaks suurt mikroorganismide klastrit: grampositiivsed ja gramnegatiivsed bakterid. Eraldamine toimub detektiivse värvimisega.
Mureini stabiilsus
Kuna mureiin on osa bakteriraku seinast, on see signaalaine nii inimeste kui ka teiste organismide immuunsüsteemile. Näiteks lõhustab ensüüm lüsosüüm beeta 1, 4-glükosiidsidemeid atsetüülglükoosamiini ja atsetüülmuraamhappe jääkide vahel, põhjustades seeläbi peptidoglükaani hüdrolüüsi ja bakterite surma.lahtrid.
Lüsosüüm on üks imetajate süljes leiduvatest ensüümidest, mis määrab selle antibakteriaalsed omadused. Samuti hävitab see muroendopeptidaasi peptiidahelaid, põhjustades seeläbi polümeeri hävimise. Loodud antibiootikumid (näiteks penitsilliin, tsefalosporiin) häirivad peptidoglükaani tootmist. Tsükloseriin häirib alaniini sünteesi.
Vastav alt sellele kokkupuutele reageerivad bakterid kaitsele antibiootikumide eest. Laktamaaside, transpeptidaasi sünteesi eest vastutava geneetilise järjestuse mutatsioonid põhjustavad antibiootikumide suhtes resistentsete tüvede teket. Prokarüootide evolutsiooniline reaktsioon on ka järkjärguline muutus membraani läbilaskvuses tsükloseriini ja muude ainete suhtes.
Murein bioloogias on pidev alt muutuv süsteem. See seletab pidevat võidujooksu "antibiootikumid-uued bakteritüved", kus uute aktiivsete ravimite saamine on paratamatult seotud nende aktiivsuse järkjärgulise vähenemisega.
