Функции муреина (пептидогликана)

Строение бактерий

Бактерии являются обширным классом прокариотических организмов. Их генетический аппарат не заключен в ядро, обособленное мембраной. Бактерии в процессе эволюции появились одними из первых и смогли распространиться по всем средам биосферы. Бактерии могут обитать даже в нефтяных месторождениях, гейзерах, холодных океанических водах, кислотных средах желудков животных. Устойчивость бактериальных клеток к весьма изменчивым условиям окружающей среды можно объяснить наличием в клеточной стенке такого вещества, как муреин. В состав бактериальной клетки входит 80 % воды, а также белки, РНК, немного липидов. Клеточная стенка составляет 20 % сухого вещества клетки.

Такая клеточная стенка имеет достаточную степень жесткости, но при этом образована полимерной сеткой гликановых нитей. Эти нити связываются между собой короткими пептидами. Предшественниками пептидогликана являются пентапептиды, которые имеют дисахаридную природу.

Функции пептидогликана

Основная черта, определяющая свойства мешка, образованного муреином, – наличие замкнутой сети цепей полисахарида. Это формирует плотную сеть без разрывов. Видоспецифичной является плотность этой стенки – у некоторых видов она менее плотная (кишечная палочка), у других – более (золотистый стафилококк).

Возникновение данной клеточной стенки объясняется несколькими теориями. Во -первых, признается, что мульти белковый комплекс встраивает новый материал с помощью автолитических ферментов. Благодаря такому механизму происходит репарация, модификация, перестройка клеточной стенки.

Таким образом, первой значимой функцией муреина можно назвать возможность модификации клеточной стенки. Для некоторых бактерий пептидогликан играет важнейшую роль в поддержании формы клетки. Гомолог бактериального актина образует в цитоплазме спиральные филаменты. Именно они могут определять форму клетки, контролируя синтез пептидогликана. Такой полимер покрывает всю поверхность микроорганизма, образуя жёсткую защитную оболочку.

Также клеточная стенка, состоящая из пептидогликана, играет критическую роль в реализации процесса выживаемости бактерий. Такая возможность достигается за счет следующих фактов:

• пептидогликан оказывает сопротивление той силе, которая возникает за счет внутренней осмолярности клетки и не дает клетке разрываться изнутри. Разрыв клеточной стенки имеет катастрофические последствия для жизнедеятельности бактериального организма, поскольку нарушается процесс физиологического развития бактериального организма;
• пептидогликан поддерживает форму бактериальной клетки, что также способствует стабильности существования прокариот. Форма бактериальной клетки также считается адаптивным признаком, который дает возможность обитать в такой специфической среде, как «другой организм».

Следует отметить тот факт, что все известные виды бактерий делятся на две группы, по критерию окрашивания:

• у грамположительных бактерий присутствует толстый слой пептидогликана, состоящий из нескольких слоев гликановых нитей. В этом случае поперечные мостики лежат в разных плоскостях и соединяются нитями;
• у грамотрицательных бактерий слой пептидогликана весьма тонкий и имеет только один слой гликановых нитей. В связи с этим формируется двухмерная структура, которая связывает пептидные мостики в одной плоскости с гликановыми цепями.

Считается, что преимуществом более толстой клеточной стенки является высокая прочность и эффективная защита от физических воздействий. Те бактерии, которые имеют толстую клеточную стенку труднее ликвидировать с помощью антибактериальных препаратов.

Все свойства муреина обуславливаются его структурой. Муреин обладает эффективными антигенными свойствами. Кроме того, муреин позволяет осуществить транспорт веществ в бактериальную клетку и за ее пределы. Именно поэтому пептидогликан участвует в фото и хемосинтезе, фиксации азота и других важнейших процессах клеточной жизнедеятельности.

Также петидогликан участвует в движении клетки, что обусловлено наличием ворсинок и жгутиков, которые имеют мембранную структуру и очень плотно связаны с муреиновым мешком. Именно «муреиновая форма» бактериальной клетки позволяет разделить их на кокки, спириллы, палочки, спирохеты и пр.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что муреин выполняет следующие функции внутри бактериальной клетки:

• защита от внешних воздействий: механических, химических и других; антигенная защита, блокировка чужеродных веществ;
• придание бактериальной клетке оригинальной формы и их адаптация;
• поддержание постоянства состава бактериальной клетки и участие в клеточном делении;
• транспорт метаболитов во внутриклеточной пространство.

Поскольку муреин входит в состав клеточной стенки бактерий, то он является сигнальным веществом для иммунной системы человека и других биологических организмов. Например, лизоцим входит в состав ферментов слюны млекопитающих, что обуславливает ее антибактериальные свойства. Лизоцим достаточно хорошо расщепляет пептидогликан. Многие пептидные цепочки разрушаются с помощью муроэндопептидазы. Все антибиотики, которые создаются в современном мире, а именно пенициллин и цефалоспорин не разрушают пептидогликан, но блокируют его производство.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что муреин представляет собой комплексное вещество, которое имеет устойчивую структуру и дает прокариотическим организмам некоторую степень эволюционного преимущества, что подтверждается их длительным существованием в течение нескольких хронологических периодов.