Estructura del peptidoglicano
El peptidoglicano constituye una capa protectora resistente situada sobre la membrana citoplasmática. En las bacterias gramnegativas, está recubierta adicionalmente por una membrana externa de lipopolisacáridos que actúa como barrera frente a muchos antibióticos.
El armazón de la molécula («esqueleto») se compone de cadenas largas en las que alternan dos aminoazúcares:
- N-acetilglucosamina (NAG);
- N-acetilmurámico (NAM).
A cada molécula de NAM se une un oligopéptido corto. Estas cadenas peptídicas laterales de polímeros vecinos se conectan entre sí mediante puentes transversales, formando una red tridimensional resistente.
Etapa 1: Síntesis de monómeros
El proceso comienza en el citoplasma y en la cara interna de la membrana celular. La glucosa se convierte en NAG y NAM. A continuación, sobre la molécula de NAM se ensambla la cadena peptídica con la participación de las enzimas MurC, MurD, MurE.
Primero se incorporan secuencialmente el L-alanina y el D-glutamato. El tercer aminoácido depende del tipo de bacteria: en la mayoría de las grampositivas es la L-lisina, mientras que en las gramnegativas (y algunas grampositivas) es el ácido diaminopimélico (DAP). Dado que el DAP no se encuentra en el organismo humano, constituye una diana atractiva para nuevos antibióticos.
Para finalizar, se añade a la cadena el dipéptido D-Ala-D-Ala, que se sintetiza a partir de L-alanina mediante la enzima D-Ala-D-Ala sintetasa.
Después, se une NAG al complejo y, en las bacterias grampositivas, se añade un polipéptido conector al tercer aminoácido (lisina o DAP), que habitualmente es un puente de pentaglicina.
Etapa 2: Transporte y polimerización
El monómero de mureína hidrófilo sintetizado no puede atravesar por sí solo la membrana citoplasmática lipófila. Para ello se utiliza una molécula transportadora: el bactoprenol.
El bactoprenol se une al monómero, lo transporta a la superficie externa de la membrana y lo incorpora a la cadena polimérica en crecimiento. Una vez que las enzimas transglucosidasas separan el bactoprenol, este regresa al citoplasma en busca de un nuevo bloque de construcción.
El proceso de elongación lineal de las cadenas (unión del NAM del monómero transportado al NAG del polímero existente) es catalizado por la enzima peptidoglicano glicosiltransferase.
Etapa 3: Transpeptidación (entrecruzamiento)
La fase final confiere resistencia a la pared celular. Las cadenas paralelas de peptidoglicano se entrecruzan entre sí.
Este proceso es catalizado por las enzimas transpeptidasas. Estas se unen al dipéptido terminal D-Ala-D-Ala, escinden un residuo (terminal) de D-alanina y forman un complejo temporal con el peptidoglicano. A continuación, el grupo amino libre de la cadena vecina ataca este complejo, formando un enlace covalente cruzado.
Las transpeptidasas son las principales dianas de los antibióticos $\beta$-lactámicos (por ejemplo, la bencilpenicilina), por lo que estas enzimas recibieron el nombre de proteínas ligadoras de penicilina (PLP).
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué antibióticos inhiben la etapa citoplasmática de la síntesis de monómeros de peptidoglicano?
En las fases tempranas de la síntesis de la pared celular actúan inhibidores de la síntesis del monómero de mureína, los cuales alteran la formación de sus bloques de construcción en el citoplasma.
- Fosfomicina (Fosfomycin): bloquea irreversiblemente la condensación enzimática de la uridin-difosfato-N-acetilglucosamina, impidiendo la formación de monómeros de mureína.
- Fosmidomicina (Fosmidomycin): pertenece al grupo de agentes que alteran las etapas tempranas de la síntesis de la pared celular.
¿Qué antibiótico bloquea el transporte de monómeros alterando el ciclo del bactoprenol?
El transporte de monómeros de mureína a través de la membrana es alterado por el antibiótico peptídico bacitracina, que actúa sobre el transportador lipídico.
- Bacitracina (Bacitracin): bloquea la desfosforilación (restauración de la actividad) del transportador lipídico pirofosfato de bactoprenol, por lo que este pierde su función de transporte y se detiene la síntesis de la pared celular.
¿Qué clases de antibióticos inhiben la etapa de transpeptidación en la síntesis de la pared celular?
La etapa de entrecruzamiento polimérico (transpeptidación) es inhibida por fármacos que se unen a las proteínas ligadoras de penicilina y suprimen la transpeptidasa.
- Carbapenémicos (Carbapenems): se unen a proteínas ligadoras de penicilina específicas y suprimen la transpeptidasa, alterando la formación de enlaces cruzados en el peptidoglicano.
¿En qué se diferencia la estructura de la pared celular de las bacterias gramnegativas frente a las grampositivas?
Las paredes celulares de las bacterias grampositivas y gramnegativas difieren sustancialmente en el grosor de la capa de peptidoglicano y en la presencia de estructuras protectoras adicionales.
| Característica | Grampositivas | Gramnegativas |
|---|---|---|
| Grosor de la pared | 20-60 nm | 10-20 nm |
| Peptidoglicano respecto al peso seco de la pared | 40-90% | 5-10% |
| Ácidos teicoicos | + | - |
| Espacio periplasmático | - | + |
| Membrana externa | - | + |
| Tinción de Gram | azul-violeta | rosa |
Recordar la composición de la base: «El NAM y el NAG construyen el armazón».
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué enzimas se denominan proteínas ligadoras de penicilina (PLP) y por qué?
Son transpeptidasas, enzimas que llevan a cabo el entrecruzamiento de las cadenas de peptidoglicano. Los antibióticos betalactámicos (penicilinas) bloquean su función, por lo que se denominan PLP.
¿Para qué sirve el bactoprenol?
Actúa como un transportador lipófilo. Los componentes del monómero son hidrófilos y no pueden cruzar por sí mismos la membrana celular hacia el exterior.
¿Cuál es la diferencia en el tercer aminoácido de la cadena peptídica entre distintas bacterias?
La mayoría de las bacterias grampositivas utilizan L-lisina, mientras que las gramnegativas emplean ácido diaminopimélico (DAP).
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de acción de los antibióticos betalactámicos
- Estructura de la membrana externa de las bacterias gramnegativas
- Enzimas de la síntesis de monómeros (MurA-MurF)
- Ciclo del bactoprenol y fármacos que influyen en él
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