Муреин или пептидогликан: строение, функциональное назначение

Что такое муреин

Строение оболочки из муреина

Клеточная стенка бактерии — это твердая оболочка, напоминающая ячеистую сеть и состоящая из твердой молекулы полисахарида муреина. Ее структура образована из параллельных полисахаридных цепей, которые связаны друг с другом пептидными остатками.

Модульная единица этого соединения — дисахарид муропептид, в котором ацетил-Д соединен с ацетилмурамовой кислотой.

Такая цепочка содержит также L-аланин, D-глутаминовую кислоту, мезо-диаминопимелиновую кислоту, L-лизин и D-аланин. Эта структура обеспечивает клеточной стенке надежную осмотическую защиту.

Муреин — это не просто полипептид, но и компоненты клеточной стенки бактерий, которые ему сопутствуют. У грамположительной бактерии, например, в составе можно обнаружить полисахарид, тайхоевые кислоты, белки и другие пептиды. Для грамотрицательных бактерий больше характерны сложные липосахариды, липопротеины и полипептиды.

Функциональное назначение

Пептидогликан выполняет несколько основных функций:

1. Механическая и опорная функция.
2. Антигенные свойства.
3. Транспорт веществ в бактерию и их выведение.

Транспорт веществ и их вывод наружу обуславливает участие в хемо- и фотосинтезе эукариот, а также в фиксации азота и некоторых других не менее важных процессах. Эти процессы непосредственно связаны со взаимодействием клетки с окружающей средой.

Вещество также способно модифицировать и перестраивать клеточную стенку бактерии, что тоже можно считать одной из функций муреина. Для некоторых бактерий пептидогликан является одним из главных составляющих поддержания формы клетки.

Ко всему прочему, муреин, выполняющий защитную функцию, играет важнейшую роль в процессе выживания бактерии.

Отличия клеточной стенки у грамположительных и грамотрицательных бактерий

Толщина клеточной стенки у грамположительных бактерий больше и доходит до 20-60 нм. Помимо этого, она более однородная, чем у грамотрицательных. У последних содержание муреина в клеточной стенке меньше примерно в 40 раз. Толщина их стенки не более 14-18 нм, она состоит из двух и более слоев и покрыта защитной мембраной из белков, фос­фо­ли­пи­дов и ли­по­по­ли­са­ха­ри­дов.

Большинство грамположительных бактерий получают энер­гию за счёт ды­ха­ния или бро­же­ния и называются хе­мо­ге­те­ро­тро­фы. Эн­дос­по­ры грам­по­ло­жи­тель­ных бак­те­рий имеют особую ульт­ра­струк­ту­ру и ус­той­чи­во­сть к воздействию не­бла­го­при­ят­ных фак­то­ров окружающей сре­ды.

Гра­м­от­ри­ца­тель­ные бак­те­ри­и в основном все фо­то­син­те­зи­рую­щие. К ним относится боль­шин­ст­во хе­мо­ав­то­троф­ных бак­те­рий и многие хе­мо­ге­те­ро­тро­фы.

Устойчивые свойства муреина в биологии

Оболочка из пептидогликана выполняет защитную функцию для бактерий. Логично, что чем крепче оболочка, тем лучше защищена бактерия. Однако, при этом муреин выполняет роль трансфера веществ снаружи и обратно, что указывает на его избирательную способность, из-за которой не только крупные молекулы не могут преодолеть ячеистую сеть. Хорошим примером здесь будет служить избирательная способность к антибиотическим объектам. Этот механизм может заключаться в мутации в гене транспептидазы синтез β-лактамаз (расщепляют β-лактамное кольцо антибиотика), мутации, изменяющей проницаемость мембраны для D-циклосерина.

Эволюция и искусственный отбор являются главными причинами укоренения подобного свойства этого вещества.