Pared celular

Ubicada por fuera de la membrana plasmática, es una estructura vital para las bacterias que la poseen. La alta concentración interna de solutos en las células bacterianas en relación con el medio externo desarrolla una considerable presión de turgencia (cercana a 2 atmósferas en Escherichia coli). La pared celular bacteriana facilita la resistencia de esta presión evitando una lisis osmótica y además otorga la forma y la rigidez de la célula (si bien existen bacterias que pierden su pared celular y se vuelven amorfas). La pared celular no se visualiza fácilmente en el microscopio óptico, pero se observa con claridad en cortes finos en el MET.

La pared celular de muchos microorganismos patógenos tiene componentes que contribuyen a su patogenicidad. La pared puede proteger a la célula de las sustancias tóxicas y es el sitio de acción de algunos antibióticos.

El peptidoglicano o mureína es un gran polímero compuesto por muchas subunidades idénticas. (Ver figuras 3 Y 4). El polímero contiene dos aminoazúcares: N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico; unidos entre sí en la posición β1-4. El esqueleto de este polímero está formado por residuos alternantes de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico. Una cadena peptídica de cuatro aminoácidos D- y L- alternantes está conectada a un grupo carboxilo del ácido N-acetilmurámico. Los tetrapéptidos de una y otra cadena de peptidoglicano se unen entre sí por puentes peptídicos.

Formación de la pared

En el momento de la división celular se debe formar una nueva pared celular. En la pared de la célula en división, enzimas producidas por la misma bacteria (autolisinas), forman como brechas en la “vieja pared”. (Ver figura 5). Es en esas brechas o aberturas donde se agrega el peptidoglicano de la nueva pared en formación.

Fase 1: Síntesis de precursores solubles en el citoplasma

A nivel del citoplasma, se forma un precursor o unidad monomérica con uridín difosfato (UDP) y ácido N-acetilmurámico (UDP-N-AcM) o N-acetilglucosamina (UDP-N-AG). Los aminoácidos son adheridos secuencialmente al UDP-NAcM hasta formar una cadena de pentapéptidos 1. L-Ala, 2. D-Glu, 3. D-DAP- o L-Lys+ 4.dos D-alanina terminales.

Fase 2: transportador lipídico en la membrana citoplasmática

La segunda etapa en la síntesis de la pared celular se produce en la membrana plasmática.

El pentapéptido N-acetilmurámico (NAM) se transfiere desde el UDP al bactoprenol (por una translocasa). Luego una transferrasa transfiere al N-AcetilGlucosamina desde el UDP-NAG a la unión del bactoprenol con el NAM pentapeptido, generándose un enlace B-1,4 entre el NAM y el NAG.

El bactoprenol transporta el bloque formado a través de la membrana plasmática hacia la membrana externa.

Fase 3: Las unidades disacarídicas se polimerizan en cadenas lineales fuera de la membrana, pero aún unidas al bactoprenol (undecaprenil-fosfato) de la membrana.

Cuando llega al espacio periplásmico estos bloques de disacáridos son colocados en las brechas ya formadas por las autolisinas y unas enzimas denominadas ligasas unen los monómeros a una cadena de peptigoglicano en crecimiento en una reacción de transglicosilación.

Fase 4: Unión del polímero lineal al peptidoglucano preexistente en la pared celular, por entrecruzamiento de (al menos) parte de sus péptidos respectivos

El paso final y fundamental para una correcta función de la pared es la unión de las cadenas de peptidoglicano entre sí. Dicho paso se conoce como transpeptidación y consiste en la unión de cadenas peptídicas adyacentes.

En gram (+): formación de una unión peptídica entre una D-alanina (4) de una cadena y L-lisina (+) de otra cadena (3) mediante un puente de pentaglicina con la participación de transpeptidasas.

En gram (-): formación de una unión peptídica entre una D-alanina (4) de una cadena y una ácido diaminopimélico (DAP) (3).

La energía para esta reacción la suministra la hidrólisis del enlace peptídico entre las dos D-ala terminales. Es decir, en cada reacción de transpeptidación se libera una D-ala (por la enzima D-D-carboxipeptidasa), correspondiente a la que ocupaba la posición (5).

Esta reacción de entrecruzamiento se hace con la participación de transpeptidasas también denominadas penicilin binding proteins (PBP), ya que son el sitio blanco de acción de la penicilina y otros antibióticos β-lactámicos.

Éstos se unen a las PBP impidiendo la transpeptidación, provocando la lisis osmótica de las bacterias. Esto se produciría aparentemente por la semejanza estructural entre la penicilina y el dímero D-ala-ala reconocido por las PBP que hace que en presencia de penicilina, las PBP se “confundan” y elaboren un complejo penicilina-enzima que resulta letal para la bacteria (en lugar del complejo D-ala-enzima).

Figura 3. Estructura del peptidoglicano. Diagrama esquemático de un segmento de peptidoglicano que muestra las cadenas de polisacáridos, cadenas laterales tetrapeptídicas y puentes peptídicos

Figura 4. Entrecruzamientos en el peptidoglucano. Arriba: peptidoglucano de E. coli con enlace directo, típico de muchas bacterias gramnegativas. Abajo: ppetidoglucano de S. aureus. NAM: N-acetilmurámico; NAG: N-acetilglusamina; Gly: glicina

Figura 5. Diagrama de la biosíntesis del peptidoglucano. PEP, fosfoenolpiruvato; MurNAc y MN, ácido N-acetilmurámico; GlcNAc y GN, N-acetilglucosamina; C55, bactoprenol.