Ini memenuhi fungsi struktural di dinding sel bakteri, memberikan resistensi struktural dan menangkal tekanan osmotik sitoplasma.
Peptidoglikan, juga dikenal sebagai murein , adalah polimer yang terdiri dari gula dan asam amino yang membentuk lapisan seperti jaring di luar membran plasma sebagian besar bakteri, membentuk dinding sel.
Komponen gula terdiri dari residu bergantian N-asetilglukosamin (NAG) terkait dengan – (1,4) dan asam N-asetilmuramat (NAM).
Terlampir pada asam N-asetilmuramat adalah rantai peptida dari tiga hingga lima asam amino. Rantai peptida dapat dihubungkan silang ke rantai peptida dari rantai lain yang membentuk lapisan seperti jaring tiga dimensi.
Kesalahpahaman yang umum adalah bahwa peptidoglikan memberi bentuk pada sel; Namun, sementara peptidoglikan membantu mempertahankan kekuatan struktural sel, sebenarnya protein MreB yang memfasilitasi bentuk sel.
Peptidoglikan juga terlibat dalam pembelahan biner selama reproduksi sel bakteri.
Oleh karena itu, adanya peptidoglikan tingkat tinggi merupakan penentu utama karakterisasi bakteri sebagai Gram-positif.
Pada galur Gram-positif, penting dalam peran perlekatan dan dalam menentukan serotipe. Untuk bakteri Gram-positif dan Gram-negatif, partikel sekitar 2 nm dapat melewati peptidoglikan.
Struktur
Lapisan peptidoglikan pada dinding sel bakteri merupakan struktur kisi kristal yang terbentuk dari rantai linier dua alternatif gula amino, yaitu N-asetilglukosamin (GlcNAc atau NAGA) dan asam N-asetilmuramat (MurNAc atau NAMA).
Gula bolak-balik dihubungkan oleh ikatan – (1,4) -glikosidik.
Peptidoglikan adalah salah satu sumber terpenting asam D-amino di alam.
Ikatan silang antara asam amino dalam rantai gula amino linier yang berbeda terjadi dengan bantuan enzim DD-transpeptidase dan menghasilkan struktur tiga dimensi yang kuat dan kaku.
Urutan asam amino spesifik dan struktur molekul bervariasi dengan spesies bakteri.
Biosintesis
Pada langkah pertama sintesis peptidoglikan, glutamin, yang merupakan asam amino, menyumbangkan gugus amino ke gula, fruktosa 6-fosfat.
Pada langkah kedua, gugus asetil ditransfer dari asetil KoA ke gugus amino pada glukosamin-6-fosfat menciptakan N-asetil-glukosamin-6-fosfat.
Pada langkah ketiga dari proses sintesis, N-asetil-glukosamin-6-fosfat diisomerisasi, yang akan mengubah N-asetil-glukosamin-6-fosfat menjadi N-asetil-glukosamin-1-fosfat.
Pada langkah 4, N-asetil-glukosamin-1-fosfat, yang sekarang menjadi monofosfat, menyerang Uridine-5′-trifosfat (UTF). Uridine triphosphate, yang merupakan nukleotida pirimidin, memiliki kemampuan untuk bertindak sebagai sumber energi.
Dalam reaksi khusus ini, setelah monofosfat menyerang Uridine-5′-trifosfat, pirofosfat anorganik dilepaskan dan digantikan oleh monofosfat, menciptakan UDP-N-asetilglukosamin (2,4).
Ketika Uridine diphosphateUDP digunakan sebagai sumber energi, ia memancarkan fosfat anorganik. Tahap awal ini digunakan untuk membuat prekursor N-asetilglukosamin dalam peptidoglikan.
Pada langkah 5, bagian dari UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc) diubah menjadi UDP-MurNAc (UDP-N-acetylmuramic acid) dengan menambahkan gugus laktil ke glukosamin.
Ini menciptakan apa yang disebut turunan enol yang akan direduksi menjadi “residu laktil” oleh nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADF) pada langkah enam.
Pada langkah 7, UDP-MurNAc diubah menjadi pentapeptida UDP-MurNAc dengan penambahan lima asam amino, yang umumnya mencakup dipeptida D-alanil-D-alanin.
Masing-masing reaksi tersebut membutuhkan sumber energi adenosin trifosfat (ATP). Ini dikenal sebagai Tahap Satu.
Tahap kedua terjadi di membran sitoplasma.
Bactoprenol akan menyerang penta UDP-MurNAc, menciptakan penta PP-MurNac, yang sekarang menjadi lipid.
UDP-GlcNAc kemudian diangkut ke MurNAc, menciptakan Lipid-PP-MurNAc penta-GlcNAc, disakarida, juga prekursor peptidoglikan. Belum dipahami bagaimana molekul ini diangkut melintasi membran.
Namun, begitu ada di sana, ia menambah rantai glikan yang sedang tumbuh. Reaksi selanjutnya dikenal sebagai tranglikosilasi.
Inhibisi
Agar sel bakteri dapat bereproduksi melalui pembelahan biner, lebih dari satu juta subunit peptidoglikan (NAM-NAG + oligopeptida) harus berikatan dengan subunit yang ada.
Mutasi pada gen yang mengkode transpeptidase yang menyebabkan berkurangnya interaksi dengan antibiotik merupakan sumber penting munculnya resistensi antibiotik.
Lisozim, yang ditemukan dalam air mata dan merupakan bagian dari sistem kekebalan tubuh bawaan, memberikan efek antibakteri dengan memutus ikatan – (1,4) -glikosidik di peptidoglikan.
Kemiripan dengan pseudopeptidoglikan
Beberapa archaea memiliki lapisan pseudopeptidoglikan yang serupa (juga dikenal sebagai pseudomurein), di mana residu gulanya adalah N-asetilglukosamin – (1,3) dan asam N-asetil-aminosuronat.
Hal ini membuat dinding sel archaea tersebut tidak sensitif terhadap lisozim.