Cumple una función estructural en la pared celular bacteriana, brindando resistencia estructural y contrarrestando la presión osmótica del citoplasma.
El peptidoglucano, también conocido como mureína, es un polímero que consiste en azúcares y aminoácidos que forman una capa similar a una malla fuera de la membrana plasmática de la mayoría de las bacterias, formando la pared celular.
El componente de azúcar consiste en residuos alternados de N-acetilglucosamina (NAG) ligada a β- (1,4) y ácido N-acetilmurámico (NAM).
Adjunto al ácido N-acetilmurámico hay una cadena peptídica de tres a cinco aminoácidos. La cadena peptídica puede estar reticulada a la cadena peptídica de otra cadena que forma la capa similar a una malla tridimensional.
Una idea errónea común es que el peptidoglicano le da a la célula su forma; sin embargo, mientras que el peptidoglicano ayuda a mantener la resistencia estructural de la célula, en realidad es la proteína MreB la que facilita la forma de la célula.
El peptidoglicano también está involucrado en la fisión binaria durante la reproducción de células bacterianas.
Por lo tanto, la presencia de altos niveles de peptidoglicano es el principal determinante de la caracterización de bacterias como Gram-positivas.
En cepas Gram-positivas, es importante en los roles de apego y en la determinación del serotipo. Para las bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, las partículas de aproximadamente 2 nm pueden pasar a través del peptidoglicano.
Estructura
La capa de peptidoglicano en la pared celular bacteriana es una estructura de red cristalina formada a partir de cadenas lineales de dos aminoazúcares alternativos, concretamente N-acetilglucosamina (GlcNAc o NAGA) y ácido N-acetilmurámico (MurNAc o NAMA).
Los azúcares alternados están conectados por un enlace β- (1,4) -glicosídico.
El peptidoglicano es una de las fuentes más importantes de D-aminoácidos en la naturaleza.
La reticulación entre aminoácidos en diferentes cadenas lineales de aminoazúcar ocurre con la ayuda de la enzima DD-transpeptidasa y da como resultado una estructura tridimensional que es fuerte y rígida.
La secuencia de aminoácidos específica y la estructura molecular varían con las especies bacterianas.
Biosíntesis
En el primer paso de la síntesis de peptidoglucanos, la glutamina, que es un aminoácido, dona un grupo amino a un azúcar, fructosa 6-fosfato.
En la etapa dos, un grupo acetilo se transfiere de acetil CoA al grupo amino en la glucosamina-6-fosfato creando N-acetil-glucosamina-6-fosfato.
En el paso tres del proceso de síntesis, se isomeriza el N-acetil-glucosamina-6-fosfato, que cambiará N-acetil-glucosamina-6-fosfato a N-acetil-glucosamina-1-fosfato.
En el paso 4, el N-acetil-glucosamina-1-fosfato, que ahora es un monofosfato, ataca al Uridina-5′-trifosfato (UTF). El trifosfato de uridina, que es un nucleótido de pirimidina, tiene la capacidad de actuar como una fuente de energía.
En esta reacción particular, después de que el monofosfato ha atacado a la Uridina-5′-trifosfato, se libera un pirofosfato inorgánico y es reemplazado por el monofosfato, creando UDP-N-acetilglucosamina (2,4).
Cuando Uridine diphosphateUDP se usa como fuente de energía, emite un fosfato inorgánico. Esta etapa inicial se usa para crear el precursor de la N-acetilglucosamina en el peptidoglicano.
En la etapa 5, parte de la UDP-N-acetilglucosamina (UDP-GlcNAc) se convierte en UDP-MurNAc (ácido UDP-N-acetilmurámico) mediante la adición de un grupo lactilo a la glucosamina.
Esto crea lo que se llama un derivado de enol que se reducirá a un «resto de lactilo» por nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADF) en el paso seis.
En el paso 7, UDP-MurNAc se convierte en pentapéptido UDP-MurNAc mediante la adición de cinco aminoácidos, que generalmente incluyen el dipéptido D-alanil-D-alanina.
Cada una de estas reacciones requiere la fuente de energía trifosfato de adenosina (ATP, por sus siglas en inglés). Esto se conoce como Etapa uno.
La segunda etapa ocurre en la membrana citoplásmica.
El bactoprenol atacará al penta UDP-MurNAc, creando un PP-MurNac penta, que ahora es un lípido.
UDP-GlcNAc luego se transporta a MurNAc, creando Lipid-PP-MurNAc penta-GlcNAc, un disacárido, también un precursor de peptidoglicano. Todavía no se comprende cómo se transporta esta molécula a través de la membrana.
Sin embargo, una vez que está allí, se agrega a la cadena de glicanos en crecimiento. La siguiente reacción se conoce como tranglycosylation.
Inhibición
Para que una célula bacteriana se reproduzca a través de la fisión binaria, más de un millón de subunidades de peptidoglicano (NAM-NAG + oligopéptido) deben unirse a las subunidades existentes.
Las mutaciones en genes que codifican transpeptidasas que conducen a interacciones reducidas con un antibiótico son una fuente importante de resistencia a los antibióticos emergentes.
La lisozima, que se encuentra en las lágrimas y constituye parte del sistema inmune innato del cuerpo, ejerce su efecto antibacteriano al romper los enlaces β- (1,4) -glicosídicos en el peptidoglicano.
Similitud con el pseudopeptidoglucano
Algunas arqueas tienen una capa similar de pseudopeptidoglicano (también conocido como pseudomureína), en el cual los residuos de azúcar son N- acetilglucosamina β- (1,3) y ácido N-acetil-aminosurónico.
Esto hace que las paredes celulares de tales arqueas sean insensibles a la lisozima.
