peptidoglikan merupakan komponen utama dari dinding sel bakteri. Mereka juga dikenal sebagai “kantung murein” atau hanya “murein” dan karakteristiknya membagi bakteri menjadi dua kelompok besar: gram negatif dan gram positif.
Bakteri gram negatif dibedakan dengan memiliki lapisan peptidoglikan antara membran sel dalam dan luarnya, sedangkan bakteri gram positif juga memiliki lapisan senyawa ini, tetapi hanya terletak di bagian luar membran plasma.
Skema struktur peptidoglikan pada E. coli (Sumber: Yikrazuul / Domain publik melalui Wikimedia Commons)
Pada bakteri gram negatif, peptidoglikan menempati sekitar 10% dari dinding sel, berbeda dengan bakteri gram positif, lapisan peptidoglikan dapat menempati sekitar 90% dari dinding sel.
Struktur tipe “jaringan” yang dibentuk oleh molekul peptidoglikan merupakan salah satu faktor yang memberikan bakteri resistensi yang besar terhadap agen eksternal. Strukturnya terdiri dari rantai panjang glikan yang berasosiasi membentuk jaringan terbuka yang menutupi seluruh membran sitosol.
Rantai makromolekul ini memiliki panjang rata-rata 25 sampai 40 unit disakarida terkait, meskipun spesies bakteri telah ditemukan yang memiliki rantai disakarida lebih dari 100 unit.
Peptidoglikan juga berpartisipasi dalam pengangkutan molekul dan zat dari ruang intraseluler ke lingkungan ekstraseluler (permukaan), karena molekul prekursor senyawa ini disintesis di dalam sitosol dan diekspor ke luar sel.
Indeks artikel
Sintesis peptidoglikan
Sintesis peptidoglikan melibatkan lebih dari dua puluh reaksi berbeda, yang terjadi di tiga tempat berbeda dalam sel bakteri. Bagian pertama dari proses ini adalah di mana prekursor peptidoglikan dihasilkan dan ini terjadi di sitosol.
Pada permukaan bagian dalam membran sitosol, terjadi sintesis intermediet lipid dan bagian terakhir, tempat terjadinya polimerisasi peptidoglikan, terjadi di ruang periplasma.
Proses
Prekursor uridin-N-asetilglukosamin dan asam uridin-N-asetilmuramat dibentuk di sitoplasma dari fruktosa-6-fosfat dan melalui reaksi yang dikatalisis oleh tiga enzim transpeptidase yang bekerja berurutan.
Perakitan rantai pentapeptida (L-alanin-D-glutamin-diaminopimelic acid-D-alanin-D-alanin) diproduksi secara bertahap oleh aksi enzim ligase yang menambahkan langkah demi langkah asam amino alanin, residu dari D-glutamine, satu lagi dari asam diaminopimelic dan dipeptida lain D-alanine-D-alanine.
Protein membran integral yang disebut fosfo-N-asetilmuramil-pentapeptide-transferase, terletak di bagian dalam, mengkatalisis langkah sintesis pertama dalam membran. Ini melakukan transfer asam uridin-N-asetilmuramat dari sitoplasma ke bactoprenol (lipid atau alkohol hidrofobik).
Bactoprenol adalah transporter yang terkait dengan permukaan bagian dalam membran sel. Ketika asam uridin-N-asetilmuramat berikatan dengan bactoprenol, kompleks yang dikenal sebagai lipid I terbentuk. Kemudian transferase menambahkan molekul kedua, pentapeptida, dan kompleks kedua yang dikenal sebagai lipid II terbentuk.
Lipid II kemudian terdiri dari uridin-N-asetilglukosamin, asam uridin-N-asetilmuramat, L-alanin, D-glukosa, asam diaminopimelat dan dipeptida D-alanin-D-alanin. Akhirnya, dengan cara ini prekursor digabungkan ke peptidoglikan makromolekul dari bagian luar sel.
Pengangkutan lipid II dari bagian dalam ke bagian dalam sitoplasma adalah langkah terakhir dalam sintesis dan dikatalisis oleh enzim “muramic flipase”, yang bertanggung jawab untuk memasukkan molekul yang baru disintesis ke dalam ruang ekstraseluler di mana ia akan mengkristal. .
Struktur
Peptidoglikan adalah heteropolimer yang terdiri dari rantai karbohidrat panjang yang berpotongan dengan rantai peptida pendek. Makromolekul ini mengelilingi seluruh permukaan luar sel bakteri, ia memiliki “jaring padat” dan bentuk integral, tetapi ditandai dengan kapasitas elastis yang besar.
Karbohidrat atau rantai karbohidrat terdiri dari pengulangan disakarida yang secara bergantian mengandung gula amino seperti N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat.
Pendekatan grafis pada struktur kisi peptidoglikan (Sumber: Bradleyhintze / CC0 melalui Wikimedia Commons)
Setiap disakarida berikatan dengan yang lain melalui ikatan glikosidik tipe (1-4), yang dibentuk di ruang periplasma oleh aksi enzim transglikosilase. Antara bakteri gram negatif dan gram positif terdapat perbedaan urutan komponen yang merupakan bagian dari peptidoglikan.
Peptidoglikan dalam sel gram negatif
Peptidoglikan dalam strukturnya memiliki gugus D-laktil yang terkait dengan asam N-asetilmuramat, yang memungkinkan pengikatan kovalen rantai peptida pendek (umumnya dengan panjang dua hingga lima asam amino) melalui ikatan amida.
Peptidoglikan dalam sel gram positif
Perakitan struktur ini terjadi di sitoplasma sel selama fase pertama biosintesis peptidoglikan. Semua rantai peptida yang terbentuk memiliki asam amino dalam konfigurasi D dan L, yang disintesis oleh enzim rasemase dari bentuk L atau D dari asam amino yang sesuai.
Semua rantai peptidoglikan memiliki setidaknya satu asam amino dengan karakteristik dibasic, karena ini memungkinkan jaringan antara rantai yang berdekatan dari dinding sel untuk terbentuk dan terjalin.
Fitur
Peptidoglikan setidaknya memiliki 5 fungsi utama bagi sel bakteri, yaitu:
– Melindungi integritas sel terhadap perubahan internal dan / atau eksternal dalam tekanan osmotik, juga memungkinkan bakteri untuk menahan perubahan suhu yang ekstrim dan bertahan hidup di lingkungan hipotonik dan hipertonik sehubungan dengan interior mereka.
– Melindungi sel bakteri dari serangan patogen: jaringan peptidoglikan yang kaku merupakan penghalang fisik yang sulit diatasi oleh banyak agen infeksi eksternal.
– Mempertahankan morfologi sel: banyak bakteri memanfaatkan morfologi khusus mereka untuk memiliki luas permukaan yang lebih besar dan pada gilirannya untuk dapat memperoleh lebih banyak unsur yang berpartisipasi dalam metabolisme mereka untuk menghasilkan energi. Banyak bakteri hidup di bawah tekanan eksternal yang luar biasa dan mempertahankan morfologi mereka sangat penting untuk dapat bertahan hidup dalam kondisi seperti itu.
– Bertindak sebagai penopang banyak struktur yang menempel pada dinding sel bakteri. Banyak struktur, seperti silia, misalnya, membutuhkan jangkar yang kuat di dalam sel, tetapi pada saat yang sama memberi mereka kemampuan untuk bergerak di lingkungan ekstraseluler. Penahan di dalam dinding sel memungkinkan silia mobilitas khusus ini.
– Mengatur pertumbuhan dan pembelahan sel. Struktur kaku yang berarti dinding sel merupakan penghalang bagi sel untuk memiliki ekspansi terbatas pada volume tertentu. Ini juga mengatur bahwa pembelahan sel tidak terjadi secara tidak teratur di seluruh sel, melainkan terjadi pada titik tertentu.
Referensi
- Helal, AM, Sayed, AM, Omara, M., Elsebaei, MM, & Mayhoub, AS (2019). Jalur peptidoglikan: masih ada lagi. Uang muka RSC, 9 (48), 28171-28185.
- Quintela, J., Caparrós, M., & de Pedro, MA (1995). Variabilitas parameter struktural peptidoglikan pada bakteri gram negatif. Surat mikrobiologi FEMS, 125 (1), 95-100.
- Rogers, HJ (1974). Peptidoglikan (muropeptida): struktur, fungsi, dan variasi. Annals of the New York Academy of Sciences, 235 (1), 29-51.
- Vollmer, W. (2015). Peptidoglikan. Dalam Mikrobiologi Medis Molekuler (hlm. 105-124). Pers Akademik.
- Waldemar Vollmer, Bernard Joris, Paulette Charlier, Simon Foster, Bakteri peptidoglikan (murein) hidrolase, Ulasan Mikrobiologi FEMS, Volume 32, Edisi 2, Maret 2008, Halaman 259–286.
