Peptidoglükaan

Peptidoglükaan ehk mureiin (ladina sõnast murus 'müür, vall, kaitse') on lineaarne polümeer (makromolekul), mis koosneb suhkrutest ja aminohapetest, moodustades võrgustiku paljude bakterite plasmamembraani peal (rakukestas) (arhedel mureiin puudub). Nii grampositiivsetel kui ka gramnegatiivsetel bakteritel on rakukestas struktuuri tugevdav peptidoglükaanikiht. Mureiinkatte paksus on grampositiivsetel bakteritel 20...80 nm, gramnegatiivsetel alla 20 nm. Bakterite seas on erandiks mükoplasmad ja spiroplasmad, kellel rakukest puudub, ning planktomütseedid, kellel on valgurikas S-kiht-rakukest. Peptidoglükaanid koosnevad kahe omavahel β(1→4)-glükosiidsidemega seotud suhkruderivaadimolekuli (N-atsetüülglükoosamiin ja N-atsetüülmuraamhape) lineaarsetest ahelatest, mis moodustavad selgroo. Iga N-atsetüülhappe molekuli laktüülrühmast lähtub oligopeptiidahel naaberahela N-atsetüülmuraamhappe molekuli juurde (vaata joonis 2). Peptiidahelate koostis ei ole kõigil bakteritel ühesugune. Enamikul grampositiivsetel kokkidel on diaminopimeliinhappe asemel L-lüsiin. Mõnikord on positsioonil 2 paiknev aminohape veel täiendavalt hüdroksüleeritud. Tetrapeptiidides esinevad D-aminohapped, nagu näiteks D-alaniin ja D-glutamiinhape, mida moodustatakse ensümaatiliselt vastavatest L-aminohapetest ratsemaaside abil. Suhkruderivaadiahelad kulgevd paralleelselt ning moodustavad põiksete peptiidahelate abil võrgustiku. Ühendamiseks on tarvis ensüümi, mis transpeptidaasina peptiidahelaid omavahel ühendab. Seda transpeptidaasi nimetatakse ka penitsilliini siduvaks proteiiniks (PBP), sest see on beetalaktaamsete antibiootikumide sihtmärk. Need võivad olla erineva ehitusega ning võivad seetõttu olla nende antibiootikumide suhtes resistentsed. Soolekepikese ja teiste gramnegatiivsete bakterite puhul on kaks tetrapeptiidi otseselt ühendatud (joonis 2a). Ühe peptiidi diaminopimeliinhappe aminorühm on seotud naaberpeptiidi terminaalse D-alaniini karboksürühmaga. Stafülokoki Staphylococcus aureus jt grampositiivsete bakterite puhul seob kahte tetrapeptiidi viiest glütsiini molekulist koosnev interpeptiidsild (joonis 2b). Et ühendavate peptiidahelate koostis võib eri bakteritel olla erinev, on teada üle 100 erineva koostisega peptidoglükaani. Varieeruvus on grampositiivsetel bakteritel suurem kui gramnegatiivsetel. Ainult histidiini, arginiini ja proliini pole nendest peptiidahelatest seni leitud. Mureiin moodustab pinnalise võrgustiku (joonis 3). Suhkruselgroog on alati ühesuguse ehitusega. Joonis 2a. Soolekepikese mureiinikihi skeem. MurNAc = N-atsetüülmuraamhape; GlcNAc = N-atsetüülglükoosamiin; DAP = diaminopimeliinhape Joonis 2b. Stafülokoki Staphylococcus aureus mureiinikihi skeem. MurNAc = N-atsetüülmuraamhape; GlcNAc = N-atsetüülglükoosamiin Joonis 3. Gramnegatiivsete bakterite mureiinikiht (peptidoglülaan) Bakterit ümbritseb üksainus mureiini makromolekul. Gramnegatiivsetel bakteritel on õhuke ühekihiline mureiinkate, mis moodustab umbes 5–10% bakterikatte kuivmassist. Grampositiivsetel bakteritel on paksem rakukest, mis koosneb mitmekihilisest mureiinivõrgust ja teihhoiinhapetest. Seejuures võib mureiin moodustada kuni 50% bakterikatte kuivmassist. Mureiinkate hoiab bakteriprotoplaste koos, töötades osmootsele siserõhule vastu. Kui mureiinikiht saab viga või laguneb, näiteks ensüüm lüsosüümi toimel, siis bakter lõhkeb. Seetõttu peab bakteri kasvamisel mureeiinivõrk laienema, ilma et tekiks suuremat lünka. Mureiini ehituskive sünteesitakse tsütoplasmas ning neid eksporditakse transporter baktoprenooli abil. Väljaspool rakumembraani paiknevas mureiinivõrgus lagundavad spetsiifilised lüütilised ensüümid lokaalselt selgroogahelate ja oligopeptiidide sidemeid ning spetsiifilised ensüümid lisavad ettevalmistatud ja eksporditud mureiiniehituskive. Mureiini laienemine nõuab seega eri ensüümide täpset koostööd. Juhul, kui see koostöö on häiritud, bakter lõhkeb. Mõned tähtsamad antibiootikumid, näiteks vankomütsiin ja penitsilliin, pärsivad peptidoglükaanikihi ehitamist. Brauni lipoprotein divisoom pseudopeptidoglükaan ehk pseudomureiin