Murein je biopolymer podporující bakteriální buněčnou stěnu, také známý jako peptidoglukan. Murein je heteropolymer (N-acetylglukosamin a N-acetylmuramová kyselina zesíťované prostřednictvím laktátových zbytků s krátkými peptidovými řetězci). Jako určující látka pro jednu ze tří domén živých bytostí má tento polymer samozřejmě své vlastní strukturní a funkční vlastnosti. Zkusme je roztřídit.
Struktura bakteriální buňky
Bakterie jsou obrovský shluk prokaryotických organismů. Jejich genetický aparát není uzavřen v jádru odděleném membránou. Nicméně, navzdory evolučnímu ranému vzhledu, se tyto organismy rozšířily do všech prostředí naší planety. Mohou žít i na ropných polích, ve vroucí vodě gejzírů, ve studených vodách severních oceánů, v žaludečních kyselinách zvířat. Odolnosti vůči negativním faktorům prostředí je dosaženo především díky speciální látce, která tvoří základ bakteriální buněčné stěny. Látka je murein.
Bateriální buňka se skládá z 80–85 % vody, ze zbývajících 20 % jsou zpravidla z poloviny bílkoviny, z pětiny RNA, z 5 % DNA a některé lipidy. Buněčná stěna tvoří 20 % sušinylátek (u některých typů mikroorganismů dokonce až 50 %). Tloušťka této desky je asi 0,01-0,045 mikrometrů.
Murein v buněčné stěně
Přítomnost pevné stěny je charakteristická nejen pro bakterie, ale také pro houby a rostliny. Ovšem pouze u prokaryot má podobné složení. Buněčná stěna bakterie je pevný obal tvořený komplexní molekulou mureinového polysacharidu. Struktura polypeptidu se skládá z paralelních polysacharidových řetězců propojených peptidovými zbytky. Modulární jednotkou je disacharid muropeptid (v něm je acetyl-D spojen s kyselinou acetylmuramovou).
Hlavním znakem, který určuje vlastnosti sáčku tvořeného mureinem, je přítomnost uzavřené sítě polysacharidových řetězců. To tvoří hustou síť bez mezer. Hustota této stěny je druhově specifická - u některých druhů je méně hustá (E. coli), u jiných více (Staphylococcus aureus).
V biologii není murein jen polypeptid, ale také jeho doprovodné složky bakteriální buněčné stěny. Gram-pozitivní bakterie například také zahrnují polysacharidy, kyseliny taichoové, proteiny nebo jiné polypeptidy. Gramnegativní bakterie mají takových inkluzí ještě více. Vyznačují se komplexními liposacharidy, lipoproteiny, polypeptidy.
Úloha těchto látek při ochraně před bakteriofágovými viry a také při ochraně před agresivními antibiotiky a enzymy. Grampozitivní bakterie mají křehké tělo. U gramnegativních bakterií v důsledkupřítomnost velkého množství dalších inkluzí je mureinová kostra pokryta měkkou ochrannou membránou z lipidů.
Typy peptidoglykanu
Přestože je murein součástí buněčné stěny, která se nachází pouze v bakteriích, existují také struktury podobné jemu. Například ve stěně některých archeí (nejaderné mikroorganismy, které nemají organelové struktury) a glaukocystofytních řas se tvoří pseudopeptidoglykan. Plní stejné funkce a svým složením je podobný mureinu.
Složení mureinu, jeho struktura
Struktura je buněčná síť tvořená složkami n-acetylglukosaminu a kyseliny n-acetylmuramové. Vazby jsou tvořeny β1,4-glykosidickými vazbami. Síťování se provádí pomocí peptidových zbytků na základě působení enzymu transpeptidázy. Takový řetězec obsahuje kyselinu D-glutamovou, L-lysin, D-alanin, L-alanin.
Zároveň je zvláštností, že takové D-struktury se nacházejí pouze v prokaryotických buňkách. Vytvořený polypeptid má tedy podobu trojrozměrné struktury, která tvoří základ bakteriální buněčné stěny. Poskytuje pevnost, odolnost a stabilitu membrány.
Vlastnosti a funkce
Vlastnosti mureinu jsou určeny jeho strukturou. Kromě toho, že plní mechanickou a podpůrnou funkci, má antigenní vlastnosti. To určuje jeho mnohostrannou ochrannou roli pro bakterie.
Jednou z hlavních funkcí mureinu je transport látek dovnitř a ven z bakterií. Tato vlastnost určuje účastpeptidoglykan v eukaryotické chemo- a fotosyntéze, fixaci dusíku a dalších důležitých procesech. Všechny jsou spojeny s interakcí buňky a prostředí, které zajišťuje buněčná stěna.
Přitom nejen velké molekuly nemohou obejít buněčnou síť této látky. Murein je selektivně propustný například pro antibiotika. Tato vlastnost vzniká v procesu evoluce a umělého výběru ze strany člověka.
Účast této struktury na pohybu buněk je spojena s přítomností klků a bičíků, které mají membránovou strukturu a jsou těsně spojeny s mureinovým vakem.
Složení peptidových řetězců, které tvoří peptidoglykan, je systematickým znakem a pomáhá rozlišovat mezi taxony těchto mikroorganismů. Navíc podle tvaru, který murein dává bakteriím, rozlišujeme jejich skupiny - koky (kulaté), tyčinky, spirochéty atd.
Množství a kvalita dalších inkluzí ve struktuře buněčné stěny určuje dva velké shluky mikroorganismů: grampozitivní a gramnegativní bakterie. Oddělení se provádí detektivním barvením.
Murein stabilita
Vzhledem k tomu, že murein je součástí bakteriální buněčné stěny, je to signální látka pro imunitní systém člověka i jiných organismů. Například enzym lysozym štěpí beta 1,4-glykosidické vazby mezi zbytky acetylglukosaminu a kyseliny acetylmuramové, čímž způsobuje hydrolýzu peptidoglukanu a smrt bakteriálníhobuňky.
Lysozym je jedním z enzymů v savčích slinách, který určuje jejich antibakteriální vlastnosti. Ničí také peptidové řetězce muroendopeptidázy, čímž způsobuje destrukci polymeru. Vytvořená antibiotika (například penicilin, cefalosporin) narušují produkci peptidoglykanu. Cykloserin narušuje syntézu alaninu.
V reakci na toto vystavení reagují bakterie na ochranu před antibiotiky. Mutace v genetické sekvenci odpovědné za syntézu laktamáz, transpeptidázy, vedou ke vzniku kmenů, které jsou odolné vůči antibiotikům. Evoluční reakcí prokaryot je také postupná změna propustnosti membrány pro cykloserin a další látky.
Murein v biologii je neustále se měnící systém. To vysvětluje neustálou rasu „antibiotika-nové kmeny bakterií“, kde příjem nových aktivních léků je nevyhnutelně spojen s postupným snižováním jejich aktivity.
