Murein è un biopolimero di supporto della parete cellulare batterica, noto anche come peptidoglucano. La mureina è un eteropolimero (N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico reticolati attraverso residui di lattato con brevi catene peptidiche). In quanto sostanza determinante per uno dei tre domini degli esseri viventi, questo polimero ha ovviamente le sue caratteristiche strutturali e funzionali. Proviamo a risolverli.
Struttura di una cellula batterica
I batteri sono un vasto gruppo di organismi procarioti. Il loro apparato genetico non è racchiuso in un nucleo separato da una membrana. Tuttavia, nonostante la prima apparizione evolutiva, questi organismi si sono diffusi in tutti gli ambienti del nostro pianeta. Possono vivere anche nei giacimenti petroliferi, nell'acqua bollente dei geyser, nelle fredde acque degli oceani settentrionali, negli acidi dello stomaco degli animali. La resistenza ai fattori ambientali negativi si ottiene in gran parte grazie a una sostanza speciale che costituisce la base della parete cellulare batterica. La sostanza è murein.
Una cellula batterica è composta per l'80-85% da acqua, del restante 20%, di norma, metà sono proteine, un quinto di RNA, il 5% di DNA e alcuni lipidi. La parete cellulare rappresenta il 20% del seccosostanze (in alcuni tipi di microrganismi anche fino al 50%). Lo spessore di questa piastra è di circa 0,01-0,045 micrometri.
Murein nella parete cellulare
La presenza di un muro solido è caratteristica non solo dei batteri, ma anche di funghi e piante. Tuttavia, solo nei procarioti ha una composizione simile. La parete cellulare di un batterio è un forte guscio costituito da una complessa molecola di polisaccaride mureina. La struttura di un polipeptide è costituita da catene polisaccaridiche parallele interconnesse da residui peptidici. L'unità modulare è il disaccaride muropeptide (in esso l'acetil-D è legato all'acido acetilmuramico).
La caratteristica principale che determina le proprietà del sacco formato dalla murein è la presenza di una rete chiusa di catene polisaccaridiche. Questo forma una fitta rete senza lacune. La densità di questa parete è specie-specifica: in alcune specie è meno densa (E. coli), in altre è maggiore (Staphylococcus aureus).
In biologia, la mureina non è solo un polipeptide, ma anche i suoi componenti di accompagnamento della parete cellulare batterica. Ad esempio, i batteri Gram-positivi includono anche polisaccaridi, acidi taichoici, proteine o altri polipeptidi. I batteri Gram-negativi hanno ancora più inclusioni di questo tipo. Sono caratterizzati da liposaccaridi complessi, lipoproteine, polipeptidi.
Il ruolo di queste sostanze nella protezione dai virus batteriofagi, nonché nella protezione contro antibiotici ed enzimi aggressivi. I batteri Gram-positivi hanno un corpo fragile. Nei batteri Gram-negativi a causa dila presenza di un gran numero di inclusioni aggiuntive, lo scheletro di murein è ricoperto da una morbida membrana protettiva di lipidi.
Tipi di peptidoglicano
Sebbene la mureina sia un componente della parete cellulare che si trova solo nei batteri, esistono anche strutture simili ad essa. Ad esempio, nella parete di alcuni archaea (microrganismi non nucleari che non hanno strutture di organelli) e alghe glaucocistofite, si forma lo pseudopeptidoglicano. Svolge le stesse funzioni ed è simile nella composizione a murein.
Composizione del murein, la sua struttura
La struttura è una rete cellulare formata dai componenti di n-acetilglucosamina e acido n-acetilmuramico. I legami sono formati da legami β1,4-glicosidici. La reticolazione avviene per mezzo di residui peptidici basati sull'azione dell'enzima transpeptidasi. Tale catena contiene acido D-glutammico, L-lisina, D-alanina, L-alanina.
Allo stesso tempo, la particolarità è che tali strutture D si trovano solo nelle cellule procariotiche. Pertanto, il polipeptide formato assume la forma di una struttura tridimensionale che costituisce la base della parete cellulare batterica. Fornisce forza, resistenza e stabilità alla membrana.
Proprietà e funzioni
Le proprietà del murein sono determinate dalla sua struttura. Oltre a svolgere una funzione meccanica e di supporto, possiede proprietà antigeniche. Questo determina il suo multiforme ruolo protettivo per i batteri.
Una delle funzioni principali del murein è quella di trasportare sostanze dentro e fuori i batteri. Questa proprietà determina la partecipazionepeptidoglicano nella chemio e fotosintesi eucariotica, nella fissazione dell'azoto e in altri processi importanti. Tutti loro sono associati all'interazione della cellula e dell'ambiente, che è fornita dalla parete cellulare.
Allo stesso tempo, non solo le grandi molecole non possono bypassare la rete cellulare di questa sostanza. Murein è selettivamente permeabile, ad esempio, agli agenti antibiotici. Questa proprietà sorge nel processo di evoluzione e selezione artificiale da parte dell'uomo.
La partecipazione di questa struttura al movimento cellulare è associata alla presenza di villi e flagelli, che hanno una struttura a membrana e sono strettamente collegati con il sacco murino.
La composizione delle catene peptidiche che compongono il peptidoglicano è una caratteristica sistematica e aiuta a distinguere tra i taxa di questi microrganismi. Inoltre, in base alla forma che il murein dà ai batteri, distinguiamo i loro gruppi: cocchi (rotondi), bastoncelli, spirochete, ecc.
La quantità e la qualità delle inclusioni aggiuntive nella struttura della parete cellulare determina due grandi gruppi di microrganismi: batteri gram-positivi e gram-negativi. La separazione avviene mediante colorazione investigativa.
Stabilità di Murein
Poiché il murein fa parte della parete cellulare batterica, è una sostanza di segnalazione per il sistema immunitario sia dell'uomo che di altri organismi. Ad esempio, l'enzima lisozima scinde i legami beta 1,4-glicosidici tra i residui di acetilglucosamina e acido acetilmuramico, provocando così l'idrolisi del peptidoglucano e la morte del batteriocelle.
Il lisozima è uno degli enzimi nella saliva dei mammiferi, che ne determina le proprietà antibatteriche. Distrugge inoltre le catene peptidiche della muroendopeptidasi, provocando così la distruzione del polimero. Gli antibiotici creati (ad esempio penicillina, cefalosporina) interrompono la produzione di peptidoglicano. La cicloserina interrompe la sintesi dell'alanina.
In risposta a questa esposizione, i batteri rispondono alla protezione dagli antibiotici. Mutazioni nella sequenza genetica responsabile della sintesi delle lattamasi, transpeptidasi, portano all'emergere di ceppi resistenti agli antibiotici. Inoltre, la risposta evolutiva dei procarioti è un graduale cambiamento nella permeabilità della membrana per la cicloserina e altre sostanze.
Murein in biologia è un sistema in continua evoluzione. Questo spiega la corsa costante "antibiotici-nuovi ceppi di batteri", dove la ricezione di nuovi farmaci attivi è inevitabilmente associata a una graduale diminuzione della loro attività.
