Особенности строения и основные функции муреина: строение бактерий и функции пептидогликана

Строение и функции муреина

Особенности строения бактерий

Перед тем как перейти к строению, разберемся что такое муреин или пептидогликан.

Бактерии — довольно большой класс прокариотических организмов. Они отличаются тем, что их генетический аппарат не заключен в обособленном от мембраны ядре. В ходе эволюции бактерии возникли одними из первых и распространились по всем средам биосферы. Сегодня можно обнаружить бактерии, обитающие в нефтяных месторождениях, гейзерах, кислотной среде желудка животных и даже в холодных океанических водах.

Такая невосприимчивость бактериальных клеток к негативной и постоянно меняющейся внешней среде обусловлена наличием в клеточной стенке специального вещества — муреина. Клеточная стенка из муреина — большое преимущество.

Бактериальная клетка на 80% состоит из воды, а также включает белки, РНК и небольшое количество липидов.

Если говорить о строении и функциях клеточной стенки, то она характеризуется высокой степенью жесткости, хотя образована полимерной сеткой гликановых нитей, которые между собою связаны с помощью коротких пептидов.

Предшественниками пептидогликана можно назвать пентапептиды — они отличаются дисахаридной природой.

Основные функции пептидогликана

У образованного при помощи муреина мешка есть одна важная особенность: замкнутая сеть цепей полисахарида. За счет этого формируется плотная сеть без разрывов. Специфичным в видовом отношении является такой показатель как плотность стенки. Некоторые виды отличаются менее плотной стенкой (кишечная палочка), а другие — более плотной (золотистый стафилококк).

Есть несколько теорий, объясняющих возникновение этой клеточной стенки.

Согласно одной из них, встройка нового материала мультибелковым комплексом осуществляется при помощи автолитических ферментов. Такой механизм обеспечивает репарацию, модификацию и перестройку клеточной стенки.

Из этого следует, что одной из важнейших функций муреина является возможность модификации клеточной стенки. Некоторые бактерии не могут обойтись без пептидогликана, так как с его помощью поддерживается форма клетки.

При участии гомолога бактериального актина в цитоплазме образуются спиральные филаменты. Контролируя синтез пептидогликана, они определяют форму клетки.

Состоящая из пептидогликана клеточная стенка имеет первостепенное значение в процессе выживаемости бактерий. Это объясняется некоторыми факторами:

• пептидогликан сопротивляется силе, возникающей за счет внутренней осмолярности клетки и препятствует разрыванию клетки изнутри. Последствия, наступающие в результате разрыва клеточной стенки, для жизнедеятельности бактериального организма катастрофические. Процесс физиологического развития бактериального организма нарушается;
• с помощью пептидогликана поддерживается форма бактериальной клетки. Это положительно сказывается на стабильности существования прокариот. Форма бактериальной клетки — это адаптивный признак, позволяющий бактериям обитать в специфической среде под названием «другой организм».

По критерию окрашивания все виды бактерий делятся на 2 группы:

1. Грамположительные бактерии. Они обладают толстым слоем муреина, который состоит из нескольких слоев гликановых нитей. Здесь поперечные мостики находятся в разных плоскостях и соединены при помощи нитей;
2. Грамотрицательные бактерии. Они отличаются довольно тонким пептидогликана и имеют только один слой гликановых нитей. Происходит формирование двухмерной структуры, связывающей пептидные мостики в одной плоскости с гликановыми цепями.

Более толстая клеточная стенка — это преимущество, так как она обеспечивает высокую прочность и эффективную защиту от физических воздействий. Бактерии с толстой клеточной стенкой довольно сложно устранить даже с помощью антибактериальных препаратов.

Особые свойства муреина обусловлены его структурой. К примеру, антигенное свойство. Благодаря муреину осуществляется транспорт веществ в бактериальную клетку и за ее пределы. По этой причине пептидогликан принимает участие в фото- и хемосинтезе, фиксации азота и прочих важных процессах клеточной жизнедеятельности.

Пептидогликан принимает участие и в движении клетки. Это осуществляется за счет наличие у него ворсинок и жгутиков, имеющих мембранную структуру и плотно связанных с муреимновым мешком.

На основе описанного выше можно выделить следующие функции муреина внутри бактериальной клетки:

• защита от негативного внешнего воздействия (механического, химического и др), антигенная защита, блокировка чужеродных веществ;
• обеспечение оригинальной формы бактериальных клеток и их адаптация;
• гарантия постоянства состава бактериальной клетки и участие в делении клетки;
• транспортировка метаболитов во внутриклеточное пространство.

За счет того, что муреин входит в состав клеточной стенки бактерий, он является сигнальным веществом для иммунной системы человека и прочих биологических существ. К примеру, лизоцим есть в составе ферментов слюны млекопитающих — этим и объясняются ее антибактериальные свойства. Лизоцин отлично расщепляет пептидогликан.

Также с помощью муроэндопептидазы разрушается довольно много пептидных цепочек. Все создаваемые сегодня антибиотики (пенициллин, цефалоспорин) не разрушают пептидогликан, но осуществляют блокировку его производства.

Муреин — комплексное вещество с устойчивой структурой, обеспечивающее прокариотические организмы эволюционным преимуществом. Этот факт подтверждает длительное существование бактерий — на протяжении нескольких хронологических периодов.