Peptidoglycan

  Peptidoglycan (PGN) ist ein aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetztes Makromolekül, welches in der Zellwand von Bakterien vorkommt. Sowohl grampositive als auch gramnegative (siehe Gramfärbung) Bakterien besitzen in ihrer Zellwand eine Festigkeit verleihende Schicht aus Murein, einem Peptidoglycan. Der Unterschied besteht lediglich in der Dicke der Hülle: bei grampositiven 20–80 nm, bei gramnegativen < 10 nm. Die einzige Ausnahme bilden hierbei die Mycoplasmen. Sie gehören zwar zur Domäne der Bakterien, besitzen aber keine Zellwand.

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Aufbau

    Peptidoglykan besteht aus Strängen der zwei miteinander verknüpften Zuckerderivatmoleküle N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure (siehe Bild 1), die das Rückgrat bilden. Von jedem N-Acetylmuraminsäure-Molekül geht – an dessen Pyruvatgruppe gebunden – eine Oligopeptidkette zu einem N-Acetylmuraminsäure-Molekül eines benachbarten Stranges (siehe Bild 2). Die parallel angeordneten Stränge sind auf diese Weise quervernetzt. Das Murein bildet so ein flächiges Netz, das die Oberfläche der Bakterienzelle umspannt (Murein-Sacculus, siehe Bild 3).

Ein Bakterium ist also von einem einzigen Murein-Makromolekül umgeben. Es können mehrere Mureinnetze übereinander angeordnet sein. Dann sind die Murein-Schichten durch Oligopeptide verbunden. Vielschichtig ist das Murein insbesondere bei grampositiven Bakterien. Murein ist nicht bei allen Bakterien gleich aufgebaut. Die Aminosäuren der Oligopeptide variieren sowohl in der Anzahl als auch in der Anordnung. Das Zuckerrückgrat ist immer gleich aufgebaut. Die Varianz der Aminosäuresequenz ist bei Grampositiven Bakterien stärker als bei Gramnegativen.

Die Mureinhülle hält den Bakterienprotoplasten gegen den osmotischen Innendruck zusammen. Wird der Murein-Sacculus aufgelöst, zum Beispiel durch das Enzym Lysozym, platzt das Bakterium. Beim Wachstum eines Bakteriums muss deshalb das Mureinnetz erweitert werden, ohne dass eine größere Lücke entsteht. Mureinbausteine werden im Cytoplasma synthetisiert und mit Hilfe des Lipidcarriers Bactoprenol exportiert. In dem außerhalb der Cytoplasmamembran gelegenen Mureinnetz werden durch spezifische lytische Enzyme lokal begrenzt Bindungen in den Rückgratsträngen und in den Oligopeptiden gelöst und die vorgefertigten und exportierten Mureinbausteine werden durch spezifische Enzyme eingefügt. Die Erweiterung des Mureins erfordert also ein genaues Zusammenspiel verschiedener Enzyme. Wird dieses Zusammenspiel gestört, platzt das Bakterium ebenfalls. Einige der wichtigsten Antibiotika, wie z. B. Vancomycin und Penicillin hemmen den Aufbau der Peptidoglykanschicht.