Estrutura do peptidoglicano
O peptidoglicano é uma camada protetora resistente sobre a membrana citoplasmática. Nas bactérias gram-negativas, ele é adicionalmente coberto por uma membrana externa de lipopolissacarídeos, que atua como barreira para muitos antibióticos.
O arcabouço da molécula («esqueleto») consiste em longas cadeias nas quais se alternam dois aminoaçúcares:
- N-acetilglicosamina (NAG);
- Ácido N-acetilmurâmico (NAM).
Um oligopeptídeo curto está ligado a cada molécula de NAM. Esses apêndices peptídicos das cadeias poliméricas vizinhas ligam-se entre si por meio de pontes transversais, formando uma rede tridimensional resistente.
Etapa 1: Síntese de monômeros
O processo começa no citoplasma e na face interna da membrana celular. A glicose é convertida em NAG e NAM. Em seguida, a cadeia peptídica é montada na molécula de NAM com a participação das enzimas MurC, MurD, MurE.
Primeiro, L-alanina e D-glutamato são adicionados sequencialmente. O terceiro aminoácido depende do tipo de bactéria: na maioria das gram-positivas é a L-lisina, e nas gram-negativas (e algumas gram-positivas) é o ácido diaminopimélico (DAP). Como o DAP não ocorre no corpo humano, ele é um alvo atraente para novos antibióticos.
Por fim, o dipeptídeo D-Ala-D-Ala é adicionado à cadeia, sendo sintetizado a partir da L-alanina com a ajuda da enzima D-Ala-D-Ala sintetase.
Depois disso, o NAG é adicionado ao complexo e, ao terceiro aminoácido (lisina ou DAP) nas bactérias gram-positivas, adiciona-se um polipeptídeo de ligação — geralmente uma ponte de pentaglicina.
Etapa 2: Transporte e polimerização
O monômero de mureína hidrofílico sintetizado não consegue atravessar sozinho a membrana citoplasmática lipofílica. Para isso, utiliza-se uma molécula transportadora — o bactoprenol.
O bactoprenol se liga ao monômero, o transporta para a superfície externa da membrana e o insere na cadeia polimérica em crescimento. Assim que as enzimas transglucosidases separam o bactoprenol, ele retorna ao citoplasma em busca de um novo bloco de construção.
O processo de alongamento linear das cadeias (ligação do NAM do monômero transportado ao NAG do polímero existente) é catalisado pela enzima peptidoglicano-glicosiltransferase.
Etapa 3: Transpeptidação (ligação cruzada)
O estágio final confere resistência à parede celular. As cadeias paralelas de peptidoglicano são ligadas umas às outras.
Esse processo é catalisado pelas enzimas transpeptidases. Elas se ligam ao dipeptídeo terminal D-Ala-D-Ala, clivam um resíduo (terminal) de D-alanina e formam um complexo temporário com o peptidoglicano. Em seguida, o grupo amino livre da cadeia vizinha ataca esse complexo, formando uma ligação cruzada covalente.
As transpeptidases são os principais alvos dos antibióticos $\beta$-lactâmicos (por exemplo, a benzilpenicilina), razão pela qual essas enzimas receberam o nome de proteínas ligadoras de penicilina (PBP).
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais antibióticos inibem a etapa citoplasmática da síntese de monômeros de peptidoglicano?
Nos estágios iniciais da síntese da parede celular, atuam inibidores da síntese do monômero de mureína, que interrompem a formação de seus blocos de construção no citoplasma.
- Fosomicina (Fosfomycin) — bloqueia irreversivamente a condensação enzimática da uridina difosfato-N-acetilglicosamina, impedindo a formação de monômeros de mureína.
- Fosmidomicina (Fosmidomycin) — pertence ao grupo de agentes que interrompem os estágios iniciais da síntese da parede celular.
Qual antibiótico bloqueia o transporte de monômeros, interrompendo o ciclo do bactoprenol?
O transporte de monômeros de mureína através da membrana é interrompido pelo antibiótico peptídico bacitracina, que atua no transportador lipídico.
- Bacitracina (Bacitracin) — bloqueia a desfosforilação (restauração da atividade) do transportador lipídico bactoprenol pirofosfato, fazendo com que ele perca sua função de transporte e a síntese da parede celular seja interrompida.
Quais classes de antibióticos inibem a etapa de transpeptidação na síntese da parede celular?
A etapa de ligação cruzada polimérica (transpeptidação) é inibida por medicamentos que se ligam às proteínas ligadoras de penicilina e inibem a transpeptidase.
- Carbapenêmicos (Carbapenems) — ligam-se a proteínas ligadoras de penicilina específicas e inibem a transpeptidase, interrompendo a formação de ligações cruzadas do peptidoglicano.
Em que a estrutura da parede celular das bactérias gram-negativas difere da das gram-positivas?
As paredes celulares de bactérias gram-positivas e gram-negativas diferem significativamente na espessura da camada de peptidoglicano e na presença de estruturas protetoras adicionais.
| Característica | Gram-positivas | Gram-negativas |
|---|---|---|
| Espessura da parede | 20-60 nm | 10-20 nm |
| Peptidoglicano do peso seco da parede | 40-90% | 5-10% |
| Ácidos teicoicos | + | - |
| Espaço periplasmático | - | + |
| Membrana externa | - | + |
| Coloração de Gram | azul-violeta | rosa |
Lembre-se da composição da base: «NAM e NAG constroem o arcabouço».
Questões de aulas e exames
Quais enzimas são chamadas de proteínas ligadoras de penicilina (PBP) e por quê?
São transpeptidases — enzimas que realizam a ligação cruzada das cadeias de peptidoglicano. Os antibióticos beta-lactâmicos (penicilinas) bloqueiam sua ação, razão pela qual são chamadas de PBP.
Para que serve o bactoprenol?
Ele atua como um transportador lipofílico. Os componentes do monômero são hidrofílicos e não conseguem cruzar a membrana celular para o exterior por conta própria.
Qual é a diferença no terceiro aminoácido da cadeia peptídica em diferentes bactérias?
A maioria das bactérias gram-positivas utiliza L-lisina, enquanto as gram-negativas utilizam o ácido diaminopimélico (DAP).
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismo de ação dos antibióticos beta-lactâmicos
- Estrutura da membrana externa de bactérias gram-negativas
- Enzimas de síntese de monômeros (MurA-MurF)
- O ciclo do bactoprenol e medicamentos que o afetam
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