Murein ist ein bakterielles Zellwand-Stützbiopolymer, auch bekannt als Peptidoglucan. Murein ist ein Heteropolymer (N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure vernetzt durch Laktatreste mit kurzen Peptidketten). Als bestimmender Stoff für eine der drei Domänen der Lebewesen hat dieses Polymer natürlich seine eigenen strukturellen und funktionellen Eigenschaften. Versuchen wir, sie zu sortieren.
Struktur einer Bakterienzelle
Bakterien sind eine riesige Gruppe prokaryotischer Organismen. Ihr genetischer Apparat ist nicht in einem Kern eingeschlossen, der durch eine Membran getrennt ist. Trotz des evolutionär frühen Auftretens haben sich diese Organismen jedoch in allen Lebensräumen unseres Planeten verbreitet. Sie können auch in Ölfeldern, im kochenden Wasser von Geysiren, im k alten Wasser der nördlichen Ozeane, in der Magensäure von Tieren leben. Die Resistenz gegen negative Umwelteinflüsse wird vor allem durch eine spezielle Substanz erreicht, die die Grundlage der bakteriellen Zellwand bildet. Die Substanz ist Murein.
Eine Bakterienzelle besteht zu 80-85% aus Wasser, von den restlichen 20% sind in der Regel die Hälfte Proteine, ein Fünftel RNA, 5% DNA und einige Lipide. Die Zellwand macht 20% der Trockenheit ausSubstanzen (bei einigen Arten von Mikroorganismen sogar bis zu 50 %). Die Dicke dieser Platte beträgt etwa 0,01-0,045 Mikrometer.
Murein in der Zellwand
Das Vorhandensein einer festen Wand ist nicht nur für Bakterien charakteristisch, sondern auch für Pilze und Pflanzen. Allerdings hat es nur in Prokaryoten eine ähnliche Zusammensetzung. Die Zellwand eines Bakteriums ist eine starke Hülle, die aus einem komplexen Murein-Polysaccharidmolekül besteht. Die Struktur eines Polypeptids besteht aus parallelen Polysaccharidketten, die durch Peptidreste miteinander verbunden sind. Die Baueinheit ist das Disaccharid Muropeptid (darin ist Acetyl-D mit Acetylmuraminsäure verbunden).
Das Hauptmerkmal, das die Eigenschaften des durch Murein gebildeten Beutels bestimmt, ist das Vorhandensein eines geschlossenen Netzwerks von Polysaccharidketten. Dadurch entsteht ein dichtes Netz ohne Lücken. Die Dichte dieser Wand ist artspezifisch - bei einigen Arten ist sie weniger dicht (E. coli), bei anderen mehr (Staphylococcus aureus).
Murein ist in der Biologie nicht nur ein Polypeptid, sondern auch dessen Begleitbestandteil der bakteriellen Zellwand. Gram-positive Bakterien umfassen beispielsweise auch Polysaccharide, Taichosäuren, Proteine oder andere Polypeptide. Gramnegative Bakterien haben noch mehr solcher Einschlüsse. Sie sind durch komplexe Liposaccharide, Lipoproteine, Polypeptide gekennzeichnet.
Die Rolle dieser Substanzen beim Schutz vor Bakteriophagenviren sowie beim Schutz vor aggressiven Antibiotika und Enzymen. Grampositive Bakterien haben einen zerbrechlichen Körper. Bei gramnegativen Bakterien aufgrundDurch das Vorhandensein einer großen Anzahl zusätzlicher Einschlüsse ist das Mureinskelett mit einer weichen Schutzmembran aus Lipiden bedeckt.
Peptidoglykanarten
Obwohl Murein ein Zellwandbestandteil ist, der nur in Bakterien vorkommt, existieren auch ähnliche Strukturen. Beispielsweise wird in der Wand einiger Archaeen (nichtnukleare Mikroorganismen, die keine Organellenstrukturen aufweisen) und Glaukocystophytenalgen Pseudopeptidoglycan gebildet. Es erfüllt die gleichen Funktionen und ist ähnlich zusammengesetzt wie Murein.
Zusammensetzung von Murein, seine Struktur
Die Struktur ist ein zelluläres Netzwerk, das aus den Bestandteilen N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure gebildet wird. Die Bindungen werden durch β1,4-glykosidische Bindungen gebildet. Die Vernetzung erfolgt mittels Peptidresten auf der Grundlage der Wirkung des Transpeptidase-Enzyms. Eine solche Kette enthält D-Glutaminsäure, L-Lysin, D-Alanin, L-Alanin.
Gleichzeitig ist die Besonderheit, dass solche D-Strukturen nur in prokaryotischen Zellen vorkommen. Somit nimmt das gebildete Polypeptid die Form einer dreidimensionalen Struktur an, die die Basis der bakteriellen Zellwand bildet. Es verleiht der Membran Festigkeit, Widerstandsfähigkeit und Stabilität.
Eigenschaften und Funktionen
Die Eigenschaften von Murein werden durch seine Struktur bestimmt. Neben einer mechanischen und unterstützenden Funktion hat es antigene Eigenschaften. Dies bestimmt seine vielseitige Schutzfunktion für Bakterien.
Eine der Hauptfunktionen von Murein ist der Transport von Substanzen in und aus Bakterien. Diese Eigenschaft bestimmt die TeilnahmePeptidoglycan in der eukaryotischen Chemo- und Photosynthese, Stickstofffixierung und anderen wichtigen Prozessen. Sie alle sind mit der Interaktion von Zelle und Umwelt verbunden, die durch die Zellwand bereitgestellt wird.
Gleichzeitig können nicht nur große Moleküle das zelluläre Netzwerk dieser Substanz umgehen. Murein ist beispielsweise für Antibiotika selektiv permeabel. Diese Eigenschaft entsteht im Prozess der Evolution und der künstlichen Selektion des Menschen.
Die Beteiligung dieser Struktur an der Zellbewegung ist mit dem Vorhandensein von Zotten und Flagellen verbunden, die eine Membranstruktur haben und eng mit dem Mureinsack verbunden sind.
Die Zusammensetzung der Peptidketten, aus denen das Peptidoglykan besteht, ist ein systematisches Merkmal und hilft, zwischen den Taxa dieser Mikroorganismen zu unterscheiden. Darüber hinaus unterscheiden wir je nach der Form, die Murein Bakterien gibt, zwischen ihren Gruppen - Kokken (rund), Stäbchen, Spirochäten usw.
Die Quantität und Qualität zusätzlicher Einschlüsse in der Struktur der Zellwand bestimmt zwei große Ansammlungen von Mikroorganismen: grampositive und gramnegative Bakterien. Die Trennung erfolgt durch Detektivfärbung.
Murein-Stabilität
Da Murein Teil der bakteriellen Zellwand ist, ist es ein Signalstoff für das Immunsystem des Menschen und anderer Organismen. Beispielsweise sp altet das Enzym Lysozym beta-1,4-glykosidische Bindungen zwischen den Resten von Acetylglucosamin und Acetylmuraminsäure, wodurch eine Hydrolyse von Peptidoglucan und der Tod des Bakteriums verursacht wirdZellen.
Lysozym ist eines der Enzyme im Speichel von Säugetieren, das seine antibakteriellen Eigenschaften bestimmt. Es zerstört auch die Peptidketten der Muroendopeptidase, wodurch das Polymer zerstört wird. Erstellte Antibiotika (z. B. Penicillin, Cephalosporin) stören die Produktion von Peptidoglycan. Cycloserin stört die Alaninsynthese.
Als Reaktion auf diese Exposition reagieren Bakterien auf den Schutz vor Antibiotika. Mutationen in der genetischen Sequenz, die für die Synthese von Laktamasen, der Transpeptidase, verantwortlich ist, führen zur Entstehung von Stämmen, die gegen Antibiotika resistent sind. Auch die evolutionäre Reaktion von Prokaryoten ist eine allmähliche Veränderung der Permeabilität der Membran für Cycloserin und andere Substanzen.
Murein in der Biologie ist ein sich ständig veränderndes System. Dies erklärt den ständigen Wettlauf "Antibiotika-neue Bakterienstämme", bei dem die Einnahme neuer Wirkstoffe zwangsläufig mit einer allmählichen Abnahme ihrer Aktivität einhergeht.
