Peptidoglicano

O peptidoglicano,^[1] tamén chamado mureína,^[2] é un polímero formado por azucres e aminoácidos que forma unha capa que rodea a membrana plasmática da maioría das bacterias (pero non das arqueas) e que constitúe a súa parede celular. O compoñente carbohidrato do peptidoglicano é un heteropolisacárido formado por residuos alternantes dos monosacáridos N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurámico, unidos entre si por enlace glicosídico β-(1,4). As cadeas deste heteropolisacárido dispóñense paralelamente. Unido ao ácido N-acetilmurámico está o compoñente aminoacídico, que é un péptido de tres a cinco aminoácidos. Esta cadea peptídica pode establecer enlaces cruzados cos péptidos doutras cadeas do heteropolisacárido, formando unha capa reticular tridimensional.^[3]

Non confundir con proteoglicano.

Peptidoglicano.

Algunhas Archaea teñen unha capa bastante similar pero de pseudopeptidoglicano ou pseudomureína, na que os residuos de azucres están unidos por enlaces glicosídicos β-(1,3) e os azucres que a forman son a N-acetilglicosamina e a ácido N-acetiltalosaminurónico. Isto explica que a parede das arqueas sexa insensible á lisozima, que ataca o peptidoglicano.^[4]

O peptidoglicano exerce un papel estrutural na célula bacteriana, dándolle forza estrutural, e protexéndoa da presión osmótica exercida polo citoplasma. Aínda que o peptidoglicanolle dá forza estrutural á parede, para a determinación da súa forma necesítanse tamén as proteínas MreB e RodZ.^[5][6] O peptidoglicano está tamén implicado na fisión binaria durante a división celular bacteriana.

A capa de peptidoglicano é moito máis grosa nas bacterias grampositivas, nas que ten entre 20 e 80 nanómetros de grosor, ca nas gramnegativas, nas que só ten entre 7 e 8 nanómetros. O peptidoglicano constitúe arredor do 90 % do peso seco das bacterias grampositivas, pero só o 10% das gramnegativas. Deste modo, a presenza de grandes cantidades de peptidoglicano é a característica principal para caracterizar as bacterias grampositivas.^[7] Nas bacterias grampositivas o peptidoglicano é importante para a adhesión a superficies e para o estereotipado.^[8] As partículas de aproximadamente 2 nanómetros poden atravesar o peptidoglicano, tanto nas grampositivas coma nas negativas.^[9]

Estrutura

A capa de peptidoglicano na parede celular bacteriana é unha estrutura que forma unha rede cristalina constituída por cadeas liñais paralelas de dous aminoazucres alternantes, a N-acetilglicosamina (GlcNAc ou NAG) e o N-acetilmurámico (MurNAc ou NAM), os cales están unidos por enlace glicosídico β-(1,4). Cada residuo de MurNAc está unido a un curto péptido de 4 a 5 residuos de aminoácidos, que contén L-alanina, ácido D-glutámico, ácido meso-diaminopimélico, e D-alanina no caso de Escherichia coli (unha bacteria gramnegativa) ou L-alanina, D-glutamina, L-lisina, e D-alanina cunha ponte peptídica de 5 glicinas que une os tetrapéptidos no caso de Staphylococcus aureus (unha bacteria grampositiva). Estes aminoácidos, excepto os L-aminoácidos, non aparecen en proteínas, polo que poderían ser unha protección contra o ataque da maioría das peptidases.

Os enlaces cruzados entre os aminoácidos de diferentes cadeas de aminoazucres establécense pola acción do encima transpeptidase e orixinan unha estrutura tridimensional forte e ríxida. A secuencia específica de aminoácidos e a estrutura molecular varía coa especie bacteriana considerada.^[10]

• 
  Estrutura do peptidoglicano.
• 
  Parede celular grampositiva.
• 
  Proteína de unión á penicilina formando enlaces cruzados nunha parede bacteriana acabada de formar.

Inhibición por antibióticos

Algúns fármacos antibacterianos como a penicilina interfiren coa produción de peptidoglicano ao unirse aos encimas bacterianos chamados proteínas de unión á penicilina ou transpeptidases.^[8] As proteínas de unión á penicilina forman os enlaces cruzados entre os oligopéptidos do peptidoglicano. Para que unha célula bacteriana se reproduza por fisión binaria, deben unirse máis dun millón de subunidades (NAM-NAG+oligopéptido) do peptidoglicano ás subunidades xa existentes.^[11] As mutacións nas transpeptidases que reducen as interaccións cun antibiótico son unha fonte significativa de produción de resistencia aos antibióticos bacteriana.^[12]

A lisozima das bágoas, considerado o antibiótico propio do corpo humano, funciona rompendo os enlaces glicosídicos β-(1,4) do peptidoglicano e destruíndo así moitas células bacterianas. Antibióticos como a penicilina xeralmente impiden a correcta formación da parede bacteriana, da cal o peptidoglicano é o compoñente principal, ao inhibir as transpeptidases.

Biosíntese

Os monómeros de peptidoglicano son sintetizados no citosol e líganse despois ao transportador de membrana bactoprenol. O bactoprenol transporta os monómeros de peptidoglicano a través da membrana celular, e son inseridos no peptidoglicano xa existente.^[13] A síntese divídese en fase 1 e fase 2 e consta de varios pasos biosintéticos:

Fase 1

Ten lugar no citosol. No primeiro paso da síntese do peptidoglicano, o aminoácido glutamina, doa un grupo amino ao azucre, frutosa 6-fosfato. Isto transforma a frutosa 6-fosfato en glicosamina 6-fosfato. No segundo paso da síntese, transfírese un grupo acetilo desde o acetil-CoA ao grupo amino da glicosamina 6-fosfato orixinando N-acetilglicosamina 6-fosfato.^[14] No terceiro paso, a N-acetilglicosamina 6-fosfato é isomerizada, ao que fai que cambie a N-acetilglicosamina 1-fosfato.^[14]

No paso cuarto, a N-acetilglicosamina 1-fosfato, que é agora un monofosfato, ataca a UTP (nucleótido que actúa como fonte de enerxía). Nesta reacción, o UTP perde un pirofosfato, que é substituído polo fosfato do aminoazucre, orixinándose UDP-N-acetilglicosamina (UDP-GlcNAc), que é o precursor do NAG do peptidoglicano.

No 5º paso, parte do UDP-N-acetilglicosamina é convertido en UDP-ácido N-acetilmurámico (UDP-MurNAc) pola adición dun grupo lactilo á glicosamina. Tamén nesta reacción, o grupo C3 hidroxilo retira un fosfato do carbono alfa do fosfoenolpiruvato. Isto crea o que se denomina un enol derivado que será reducido a un “residuo lactil” polo NADPH no paso sexto da síntese.^[14]

No 7º paso, o UDP–MurNAc covértese no pentapéptido UDP-MurNAC pola adición de cinco aminoácidos, normalmente incluíndo o dipéptido D-alanil-D-alanina.^[14] Cada unha destas reaccións require como fonte de enrxía o ATP.^[14]

Fase 2

A fase 2 ocorre na membrana plasmática. Na membrana o transportador lipídico bactoprenol leva os precursores do peptidoglicano a través da membrana. O bactoprenol ataca o UDP-MurNAc-pentapéptido, creando o PP-MurNac-pentapéptido, que é agora un lípido. O UDP-GlcNAc transpórtase despois ao residuo MurNAc da molécula anterior, orixinando o lípido-PP-MurNAc-pentapéptdido-GlcNAc, un disacárido, precursor do peptidoglicano.^[14] Non se sabe como esta molécula é transportada ao outro lado da membrana. Porén, unha vez que está no periplasma, engádese a unha cadea de glicano en crecemento.^[14] A seguinte reacción coñécese como transglicosilación. Nesta reacción, o grupo hidroxilo do GlcNAc únese ao MurNAc no glicano, o cal despraza o lípido-PP da cadea de glicano. O encima responsable disto é a transglicosilase.^[14]