Что такое муреин в биологии

Муреин или пептидогликан, понятие, где содержится

Муреин является опорным биологическим полимером для стенок бактериальных клеток. В различных информационных источниках можно часто встретить другой название «пептидоглюкан». Соединение относят к гетерополимерам. Здесь Н-ацетилглюкозамин и Н-ацетилмурамовая кислота соединены посредством коротких пептидных цепей с помощью лактатных остатков.

Рассматриваемое вещество играет определяющую роль для одного из трех доменов живых организмов. Данный факт обуславливает наличие у соединения особого строения и специфических функций. Известно, что бактерии относятся к большой категории прокариотов. При исследовании строения этих организмов удалось выявить особенность, которая состоит в том, что генетический аппарат в данном случае не расположен в ограниченном мембранной оболочкой ядре.

С другой стороны, такие организмы присутствуют в разных средах на Земле, независимо от типичного для них раннего возникновения. К примеру, найти подобных представителей несложно в залежах нефтепродуктов, бассейнах с гейзерами, где вода доходит до кипящего состояния, в ледяной океанской воде на севере, в кислоте, которая содержится в системах пищеварения животных организмов.

Разнообразие сред обитания с неодинаковыми и, порой экстремальными условиями, обусловлено для бактерий устойчивостью к отрицательному воздействию внешней среды. Такое полезное свойство обеспечено в большей степени специальным веществом, входящим в состав стенок клеток. Соединение, про которое идет речь, называют муреином.

Бактериальная клетка включает в себя воду. Содержание водной среды варьируется в пределах от 80% до 85%. Остаток, равный 20%, содержит около 50% белков. Пятую долю в общем количестве безводного вещества занимает РНК, остальные 5% вмещают ДНК, а прочее содержимое представлено некоторым количеством липидов. Стенка клетки занимает 20% сухого вещества. Этот параметр может в определенных случаях достигать у микроскопических организмов 50%. Пластина обладает толщиной примерно 0,01-0,045 мкм.

Заметим, что стенки твердой структуры имеются не только у бактериальных организмов. Подобный элемент присутствует в клетках грибов и растений. С другой стороны, лишь в случае прокариотов наблюдается описанный ранее состав этой стенки. Образование в клетке бактерии сформировано в виде панциря повышенной прочности, составленного из сложносоставной молекулы муреинового полисахарида.

Полипептидная структура состоит из цепей полисахаридов, размещенных параллельно относительно друг друга и объединенных посредством пептидных остатков. Модульной единицей является дисахарид муропептид, в котором наблюдается соединение ацетила-Д с ацетилмурамовой кислотой. Особенность муреинового образования заключается в присутствии полисахаридных цепочек, формирующих замкнутую сеть, где плотность повышена, а разрывы исключены.

Муреиновые образования в случае грамположительных бактерий состоят также из полисахаридов, тайхоевых кислот, белков и прочих полипептидов. Увеличенное количество таких включений наблюдается при изучении клеточной стенки у грамотрицательных бактерий. При рассмотрении муреина здесь можно обнаружить:

• сложные липосахариды;
• липопротеины;
• полипептиды.

Перечисленные вещества необходимы для реализации защитной функции. Таким образом, формируется устойчивость к воздействию вирусных бактериофагов. Кроме того, подобный механизм демонстрирует эффективность при блокировании агрессивного воздействия, которое способны оказывать антибиотики и ферменты.

Виды бактерий, которые относят к группе грамположительных, обладают стенкой с повышенной хрупкостью. Сформированный аналогичным путем корпус у грамотрицательных бактериальных организмов обладает мягким покрытием, образованным липидами, играющим роль защиты. Описанное строение обусловлено большим содержанием сопутствующих включений в структуру.

Составные компоненты, формула

Из определения вещества и рассмотрения принципов формирования муреина становится понятно, что образование представляет собой составной элемент стенки клетки, присутствующей в бактериальном организме. Однако имеются структуры, которые в значительной степени похожи на муреин. В качестве примеров можно рассмотреть определенные виды археев и глаукоцистофитовых водорослей.

В первом случае речь идет о микроскопических организмах, которые не имеют ядра и структурных органелл. Второй пример иллюстрирует образование псевдопептидогликана. Сформированные структуры не отличаются по функционалу от рассмотренного ранее муреина, а их состав обладает рядом явных сходств.

Описывая структурное строение муреина, целесообразно представить сеть с ячейками, которая сформирована за счет элементов n-ацетилглюкозамина и n-ацетилмурамовой кислоты. Соединения выполнены с помощью \(\beta\) 1,4-гликозидных связей. В сшивании этих компонентов участвуют пептидные остатки под воздействием фермента транспептидазы. Составные элементы сформированной цепи:

• Д-глутаминовая кислота;
• Л-лизин;
• Д-аланин;
• Л-аланин.

Специфическая особенность образования заключается в содержании рассмотренных ранее Д-структур лишь в составе клеток прокариот. В результате полученный полипептид выглядит, как трехмерная структура, и составляет основу стенки бактериальной клетки. Подобное формирование сопровождается следующими эффектами:

• повышение прочностных характеристик;
• улучшение стойкости к негативным внешним факторам;
• стабилизация мембранного образования.

На изображении ниже представлена структурная формула муреина, с помощью которой можно наглядно ознакомиться с особенностями соединения:

 

Источник: ru.wikipedia.org

Основные функции

Определенные свойства, которые характерны для муреина, объяснимы структурным строением вещества. В числе ключевых механическая и опорная функции образования. Кроме того, рассматриваемому соединению присущи антигенные свойства, что объясняет улучшенные защитные качества, которые приобретают бактериальные организмы.

Одним из главных целевых назначений муреина является перемещение веществ в организм и высвобождение их во внешнюю среду. Благодаря описанному механизму, пептидогликан участвует в хемо- и фотосинтезе, осуществляемых эукариотными организмами, задерживании азота и прочих процессах, обладающих большим значением.

Перечисленные опции определены тем, как взаимодействуют между собой клетка и внешняя среда посредством стенки в клетке. Сеть, состоящая из ячеек, не пропускает молекулы крупных размеров, но этим функционал не ограничен. Муреин имеет избирательный характер проницаемости, к примеру, при взаимодействии с антибиотическими агентами. Данная способность сформировалась в ходе эволюционного развития и искусственного отбора при участии человеческого фактора.

Муреиновая структура участвует в перемещении клеточного образования, так как имеет ворсинки и жгутики с мембранным строением и плотными связями с муреиновой оболочкой.  Набор компонентов цепей пептидов, которые составляют пептидогликан, играет роль систематического признака и позволяет идентифицировать таксоны рассматриваемых организмов. Исходя из формы бактерий, сформированных за счет муреина, их группируют.

Число и качественные характеристики сопутствующих включений, расположенных в стенке клетки, влияют на пару больших класса микроскопических организмов:

• грамположительные бактерии;
• грамотрицательные бактерии.

Классификация реализована с помощью методики детектирующего окрашивания. Исходя из принадлежности муреина к структуре стенки клетки, можно сделать вывод о его роли в качестве сигнального вещества для иммунитета человеческого и других организмов. Для примера целесообразно рассмотреть расщепление ферментным веществом лизоцимом \(\beta\) 1,4-гликозидных связей, образованных между остатками ацетилглюкозамина и ацетилмурамовой кислоты.

Таким образом, провоцируется реакция гидролизации пептидоглюкана, что служит причиной гибели клетки бактерии. Лизоцим представляет собой одно из ферментных веществ, входящих в состав слюны млекопитающих организмов. Этим объясняется наличие у данного образования антибактериальных защитных свойств. Кроме того, фермент рушит пептидные цепи муроэндопептидаза, что приводит к структурной деформации полимера.

В итоге подобного взаимодействия можно наблюдать мутации в генетической цепочке, которые регулируют процессы синтезирования лактамаз. Транспептидазы провоцируют появление штаммов, имеющих повышенную устойчивость к действию антибиотиков. С другой стороны, в результате эволюции прокариоты медленно изменяют степень проницаемости мембранного образования для циклосерина и прочих веществ.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что муреин с точки зрения биологических знаний является системой, которая постоянно подвержена каким-либо изменениям. Данный факт обуславливает регулярную разработку новых составов антибиотиков для постоянно обновляющегося спектра бактериальных штаммов. В результате инновационные препараты со временем теряют эффективность и нуждаются в доработке.