Structura moleculara a peretelui la bacteriile Gram pozitive

Structura moleculara a peretelui la bacteriile Gram pozitive

La bacteriile Gram pozitive, peretele celular este gros, rezistent si rigid. Componenta esentiala este mureina, denumita inca si peptidoglican, glicopeptid, mucopeptid sau glucozaminopeptid. Mureina formeaza un strat rigid, adiacent membranei plasmatice si sub aspectul compozitiei chimice este unitara la toate eubacteriile (Gram pozitive si Gram negative).

Mureina este alcatuita dintr-o componenta peptidica si una glucidica. Componenta glucidica repetitiva este un dizaharid format din N-acetil-D-glucozamina si acid N-acetilmuramic, legate b l-4. Acidul N-acetilmuramic rezulta prin stabilirea unei legaturi ester intre N-acetil-D-glucozamina si acidul lactic (Fig. 4, 5).

Fig. 4. Derivatii glucidici cei mai comuni in structura peretelui celular bacterian :

N-acetil-glucozamina si acidul N-acetilmuramic.

Fig. 5. Structura glicanului tetrapeptidic, una dintre unitatile repetitive ale peptidoglicanului structurilor parietale. Aceasta structura chimica se gaseste la E. coli, dar bacteriile contin si alti aminoacizi.

La fiecare unitate diglucidica este legata o componenta peptidica, reprezentata de un tetrapeptid, a carui compozitie in aminoacizi este variabila in functie de specie, dar contine L-alanina, acid D-glutamic, acid diaminopimelic (derivat al lizinei) sau lizina si D-alanina si se leaga de acidul N-acetilmuramic. Acidul N-acetil muramic si D-aminoacizii sunt markeri biochimici ai eubacteriilor.

a. Acidul diaminopimelic, derivat al lizinei. b. Lizina.

Legaturile glicozidice nu sunt suficiente pentru a asigura rigiditatea structurii parietale. Tetrapeptidele sunt legate prin punti peptidice transversale (Fig. 6). La bacteriile Gram negative, puntile transversale reunesc gruparea NH₂ a acidului diaminopimelic, cu gruparea COOH a D-alaninei terminale a altei grupari peptidice.

a.

b

c

d

Fig 6. (a) Structura chimica generala a peptidoglicanului. (b) Sagetile indica situsurile la care peptidoglicanul poate fi atacat de hidrolazele peretelui celular. Sunt reprezentate trei catene de peptidoglican ce constau din resturi alternante de acid N-acetil muramic si N-acetil glucozamina. Tetrapeptidele legate de acidul N-acetilmuramic sunt interconectate prin punti de pentaglicina. (c) La S. aureus tetrapeptidele sunt conectate prin punti de pentaglicina. (d) Reprezentarea structurii generale a peptidoglicanului (G = N-acetilglucozamina ; M = acid N-acetilmuramic). Liniile groase reprezinta legaturi peptidice transversale (dupa Brock, 1988).

La bacteriile Gram pozitive, legatura transversala a tetrapeptidelor invecinate este realizata de o punte peptidica, cu compozitie variabila. La S. aureus este formata de pentaglicina. Cu cat numarul de legaturi peptidice este mai mare, cu atat creste rigiditatea sa.

Se formeaza astfel o structura covalenta perfect continua in jurul celulei, o molecula mureinica giganta, un adevarat sac mureinic, cu structura tridimensionala dinamica.

Peptidoglicanii diferitelor specii difera prin aminoacizii 2 si 3 ai tetrapeptidului si prin frecventa puntilor transversale de pentaglicina. Speciile patogene au o frecventa superioara a puntilor transversale, ceea ce se coreleaza cu o rezistenta mai mare a mureinei la actiunea factorilor litici din umorile organismului (lizozimul etc.).

La nivelul sacului mureinic sunt localizate enzimele care modeleaza cresterea sa: murein-hidrolazele taie legaturile chimice ale mureinei, iar murein-sintetazele insera noi unitati de constructie.

Importanta mureinei, ca element structural esential al peretelui celular al bacteriilor Gram pozitive a reiesit din studiul actiunii a doi agenti antibacterieni: lizozimul si penicilina.

Lizozimul cliveaza legaturile glicozidice β l-4 si hidrolizeaza mureina celulelor aflate in faza stationara.

Penicilina inhiba celulele bacteriene aflate in faza de crestere, deoarece inhiba treapta finala a sintezei mureinei, reactia de transpeptidare, adica formarea legaturilor peptidice transversale intre catenele de glican adiacente. Inhibitia transpeptidarii sub actiunea penicilinei duce la formarea unui peptidoglican subtire, urmat de liza si moartea celulei, pentru ca autolizinele continua sa functioneze, iar alte punti peptidice nu se mai formeaza. De aceea, penicilina este activa numai asupra celulelor care cresc. In celulele care nu cresc, autolizinele nu sunt active si peptidoglicanul nu este degradat.

Mureina formeaza o matrice, in care se gasesc alti polimeri: polizaharide, acizi teichoici.

Acizii teichoici sunt molecule lungi si flexibile. Din punct de vedere chimic sunt polimeri de l-3-poliglicerol-fosfat sau de poli-ribitol-fosfat, legati fosfo-diesteric. Polimerii formeaza axul central al moleculei. Gruparile -OH libere ale glicerolului si gruparea -OH C₃ a ribitolului sunt ocupate de resturi de D-alanina, D-glucoza sau de N-acetilglucozamina.

Poliglicerol - fosfat

Poliribitol fosfat

Bacteriile Gram pozitive au doua categorii de acizi teichoici:

a)      acizi lipoteichoici (ALT) traverseaza peptidoglicanul si cu o extremitate se leaga de glicolipidele din membrana, iar celalalt capat este liber la suprafata celulei;

b)      acizi teichoici parietali, atasati covalent de resturile de acid N-acetilmuramic ale mureinei.

Impreuna cu mureina, acizii teichoici formeaza o retea polianionica sau matrice, cu rol in mentinerea echilibrului cu cationii metalici, dar si in reglarea traficului de ioni, nutrienti, proteine si antibiotice.

Functiile acizilor teichoici sunt multiple:

acizii teichoici sunt structuri moleculare filamentoase, care confera un plus de rigiditate peretelui celular al bacteriilor Gram pozitive ;

fiind polianionici, au rol in transportul cationilor metalici in/si din celula;

au rolul de receptori de fagi;

au rolul de adezine (mediaza aderenta celulei la substrat, favorizand formarea biofilmelor), confera rezistenta la antibiotice. La bacteriile patogene, acizii teichoici sunt un factor de virulenta, deoarece au proprietati chimiotactic negative fata de fagocite. Acizii teichoici parietali sunt imunogeni, atat in stare libera cat si asociati celulei.

Uneori bacteriile secreta cantitati mari de acizi teichoici solubili.

Nu toate bacteriile Gram pozitive au acizi teichoici: cele care nu au acizi teichoici, poarta molecule anionice cu functii asemanatoare (de exemplu, lipomananul, in locul ALT la Micrococcus luteus).