Peptidoglykan
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LoslegenSynonym: Murein
Englisch: peptidoglycan, mucopeptide
Definition
Peptidoglykan, auch Murein genannt, ist ein Biopolymer, das aus Zuckermolekülen und Aminosäuren aufgebaut ist. Es ist der wichtigste Bestandteil der Zellwand der meisten Bakterien.
Abgrenzung
Archaeen besitzen Pseudomurein, während einige zellwandlose Bakterien wie Mykoplasmen gar kein Peptidoglykan bilden.
Biochemie
Das Peptidoglykan besteht aus N-Acetylglucosamin ("GlcNAc", "NAG") und N-Acetylmuraminsäure ("MurNAc", "NAM"), die β-1,4-glykosidisch miteinander zu langen Ketten verknüpft sind. Diese Glykanketten werden untereinander an der N-Acetylmuraminsäure mit kurzen Oligopeptiden zu einem maschendrahtartigen Molekülgitter vernetzt. Diese Quervernetzung der Peptidketten wird durch bakterielle Transpeptidasen vermittelt.
Ein typisches Stammpeptid enthält unter anderem die Aminosäuren L-Alanin, D-Glutaminsäure, meso-Diaminopimelinsäure und D-Alanin (Sequenz: L-Ala–D-Glu–meso-DAP–D-Ala–D-Ala). Die genaue Zusammensetzung kann bei verschiedenen Bakterienarten variieren. Bei vielen gram-positiven Bakterien ist meso-Diaminopimelinsäure durch L-Lysin ersetzt.
Biosynthese
Die Peptidoglykan-Vorstufen werden im Zytoplasma gebildet und über den Membrananker Lipid II durch die Zellmembran transloziert. An der Membranaußenseite verlängern Glykosyltransferasen (Transglykosylasen) die Glykanketten, während Transpeptidasen anschließend die Oligopeptid-Seitenketten quervernetzen.
Aufgabe
Die Peptidoglykan-Hülle dient der Stabilisierung des Bakteriums, indem sie ein Gegengewicht zum osmotischen Druck aufbaut, der im Inneren des Bakteriums herrscht. Wenn der Mureinmantel aufgelöst wird, platzt das Bakterium.
Mikrobiologie
Die Dicke des Peptidoglykan-Mantels eines Bakteriums bestimmt seine Färbbarkeit in der Gram-Färbung. Gram-positive Bakterien verfügen über eine dickere Murein-Schicht (ca. 20–80 nm) als gram-negative Bakterien (ca. 2–8 nm).
Die menschliche Immunabwehr ist in der Lage, die Mureinschicht von Bakterien durch spezialisierte lytische Enzyme (Lysozym) zu attackieren.
Pharmakologie
Bestimmte Antibiotika wie Penicillin (β-Laktame) stören die bakterielle Zellwandsynthese, indem sie die Transpeptidasen (penicillinbindende Proteine) hemmen und so die Quervernetzung der Peptidketten verhindern.
Literatur
- Kayser FH et al. Taschenlehrbuch Medizinische Mikrobiologie. 14. Aufl. Thieme; 2021.
- Löffler G, Petrides PE, Heinrich PC. Biochemie und Pathobiochemie. 10. Aufl. Springer; 2022.