N-アセチルムラミン酸

N-アセチルムラミン酸は、生物界、特に細菌において極めて重要な働きを担う単糖の一種です。この分子は、同じく糖であるN-アセチルグルコサミンから化学的に派生した構造を持ち、「MurNAc」あるいは「NAM」といった略称で呼ばれることもあります。その化学的な特徴として、一般的な糖の構造に加えて、乳酸の残基が結合している点が挙げられます。この乳酸残基が、後述する細菌細胞壁の構築において鍵となる役割を果たします。

細菌 細胞壁の骨格材

N-アセチルムラミン酸が最も特徴的に存在する場所は、細菌の細胞を覆う堅牢な外壁、すなわち細胞壁です。細菌の細胞壁の主成分は、ペプチドグリカンと呼ばれる巨大な生体高分子です。ペプチドグリカン層は、細菌がその細胞内部の高い浸透圧に耐え、特定の形状を保つために不可欠な構造体です。ヒトを含む多くの真核生物は細胞壁を持たないため、このペプチドグリカンは細菌に固有の標的となり得ます。

ペプチドグリカンは、N-アセチルグルコサミン（NAG）とN-アセチルムラミン酸（NAM）という二種類の糖分子が、β-1,4グリコシド結合によって交互に連なった長い多糖鎖を基本骨格としています。この糖鎖がペプチドグリカンシートの「グライカン鎖」部分を形成します。

ペプチドグリカン網目構造の要

N-アセチルムラミン酸の存在が特に重要なのは、その分子に結合している乳酸残基に、通常は4個から5個のアミノ酸からなる短いペプチド鎖（オリゴペプチド）がアミド結合によって結合している点です。このペプチド鎖は、隣り合う別のグライカン鎖上のN-アセチルムラミン酸に結合したペプチド鎖と共有結合によって架橋されます。この「ペプチド架橋」が、グライカン鎖の間を連結し、ペプチドグリカン層全体を強固な網目状構造へと作り上げています。

この網目構造の強度が、細菌細胞が周囲の低浸透圧環境下で膨張・破裂するのを防ぎ、細菌の形状を維持する役割を果たしています。ペプチドグリカン層の厚さや架橋の様式は、グラム陽性菌とグラム陰性菌で異なります。グラム陽性菌では層が厚く、ペプチド架橋もより広範であるのに対し、グラム陰性菌では層が薄く、外膜に覆われています。

生合成と臨床的重要性

ペプチドグリカンの生合成は、細胞質内でN-アセチルムラミン酸とN-アセチルグルコサミンがそれぞれUDPに結合した活性型糖ヌクレオチドとして合成されることから始まります。特にN-アセチルムラミン酸は、N-アセチルグルコサミンからムラミン酸経路を経て合成され、その後ペプチド鎖が付加されます。これらの前駆体が脂質キャリアー（バクトプレノール）に結合し、細胞膜を通過して細胞壁合成の場へと運ばれ、既存のペプチドグリカン鎖に組み込まれていきます。

このペプチドグリカン合成経路における様々な段階は、多くの重要な抗生物質の標的となっています。例えば、ペニシリンやセファロスポリンといったβ-ラクタム系抗生物質は、ペプチド鎖の架橋反応を触媒する酵素であるトランスペプチダーゼ（ペニシリン結合タンパク質, PBPとも呼ばれる）の働きを阻害することで、ペプチドグリカン網目の形成を妨げます。その結果、細胞壁の強度が失われ、細菌は浸透圧によって溶解（溶菌）してしまいます。また、バンコマイシンなどのグリコペプチド系抗生物質は、ペプチド鎖末端に結合することで架橋反応を物理的に阻害します。

逆に、動物の涙や唾液などに含まれるリゾチームのような酵素は、ペプチドグリカンのグライカン鎖、具体的にはN-アセチルムラミン酸とN-アセチルグルコサミン間のβ-1,4グリコシド結合を加水分解することで、細菌細胞壁を破壊します。これは生体の自然免疫機構の一部でもあります。

N-アセチルムラミン酸