Curso de
Microbiología General
de Enrique Iáñez
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de exploración
La mayor parte de los procariotas poseen una pared
celular (P.C.) rígida rodeando al protoplasto. Las excepciones son los
micoplasmas (división Mollicutes) y la arqueobacteria Thermoplasma.
Al microscopio electrónico se puede observar como
una capa en íntimo contacto con la membrana citoplásmica, con un
espesor que oscila entre 10 y 80 nm (según especies) -frente a los 8 nm
de la membrana celular- y con una estructura más o menos compleja, según
los tipos bacterianos.
- Las P.C. más frecuentes siguen dos modelos alternativos que, como
veremos comparten un componente común: paredes de tipo
Gram-positivo o de tipo Gram-negativo.
- Unas pocas eubacterias (como las del gén. Planctomyces)
poseen paredes a base de proteínas.
- Las Arqueobacterias poseen paredes diferentes a las anteriores,
agrupables en diversos tipos.
El grueso de este capítulo está dedicado al estudio
de las paredes Gram-positivas y Gram-negativas, con sus principales
variantes, pero finalizaremos con una alusión a los principales modelos
de paredes arqueobacterianas.
(Para la descripción de la tinción de Gram,
remitimos al alumno a la explicación del profesor en esta clase de teoría,
y sobre todo a la correspondiente práctica).
2. PAREDES DE LAS EUBACTERIAS
| a Contenidos
Consisten en un esqueleto macromolecular rígido,
llamado peptidoglucano (= mucopéptido o mureína), que
- en Gram-positivas se encuentra inmerso en una matriz aniónica
de polímeros azucarados;
- y en Gram-negativas está rodeada por una membrana externa, e
inmersa en un espacio periplásmico.
2.1 EL PEPTIDOGLUCANO
En las bacterias Gram-positivas representa el
componente mayoritario de la P.C. (50-80% en peso), mientras que en
Gram-negativas supone sólo del 1 al 10%.
2.1.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA BÁSICAS DEL
PEPTIDOGLUCANO (PG)
Está formado por repeticiones de una unidad disacarídica
fundamental unida a su vez a un tetrapéptido. Distintas cadenas
(formadas por el esqueleto de azúcares) se unen entre sí por
determinados enlaces peptídicos entre tetrapétidos de cadenas
diferentes. Veamos todo ello en su concreción química:
La unidad disacarídica repetitiva: N-acetilglucosamina
(NAG) unida por enlace ß(1-->4) a N-acetilmurámico (NAM).
Observar que el NAM es el 3-O-D-lactil-éter de la
NAG (o sea, se deriva de unir el ácido D-láctico con el OH del C-3 de
la NAG).
Las distintas unidades disacarídicas se van uniendo
entre sí por enlaces ß(1-->4) entre el NAM de una unidad y la NAG
de la siguiente. Este enlace es susceptible a la rotura catalizada por
el enzima lisozima. El número de repeticiones (n) puede oscilar entre
10 y 100.
La cadena tetrapeptídica:
Desde el grupo carboxilo de cada ácido NAM, y
mediante un enlace amido, se encuentra unido el tetrapéptido. Un tetrapéptido
típico de muchas bacterias es:
L-alanina---D-glutámico---meso-diaminopimélico---D-alanina
Obsérvese la alternancia de aminoácidos D y L en el
tetrapéptido.
La estructura global:
Las distintas cadenas polisacarídicas, con sus
respectivos tetrapéptidos, se unen entre sí por medio de puentes o
enlaces peptídicos, entre un aminoácido de una cadena (p. ej., el
aminoácido n13, como el meso-DAP del ejemplo) y otro aminoácido de una
cadena adyacente (la D-ala terminal). De este modo, la estructura global
es una sola macromolécula gigante que envuelve al protoplasto,
formando un sáculo rígido, a modo de tejido continuo, que tiene
el volumen y la forma de la bacteria respectiva.
En bacterias Gram-negativas este sáculo está
formado por una sola capa (o unas pocas) de cadenas de PG.
En Gram-positivas existen varias capas (hay varios
niveles de PG).
A continuación describiremos por separado el PG de
Gram-positivas y Gram-negativas, dando indicaciones de sus principales
variantes.
2.1.2 EL PEPTIDOGLUCANO DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
En la mayor parte de Gram-negativas el PG corresponde
a la composición y estructura que acabamos de describir.
El enlace entre cadenas polisacarídicas se realiza
normalmente mediante unión peptídica directa entre el grupo
carboxilo de la D-ala terminal y el grupo e -amino del meso-DAP.
Ahora bien, en este enlace participan solamente el 50% de los tetrapéptidos.
Los demás péptidos no participan en enlaces, y entre estos últimos se
encuentran incluso dipéptidos y tripéptidos.
El resultado es una capa simple de PG (de 1 nm
de espesor), a modo de malla floja, y con grandes poros (los
"huecos" dejados por las zonas donde no hay enlace peptídicos).
Ello explica el comportamiento de las bacterias Gram-negativas en la
tinción de Gram: al añadir el alcohol, se produce una deshidratación
que tiende a contraer la estructura del PG, pero los poros son grandes y
por ellos sale el primer colorante (el violeta de genciana). El ulterior
tratamiento de la preparación con el colorante de contraste (fucsina o
safranina) tiñe a estas bacterias de rojo.
2.1.3 EL PEPTIDOGLUCANO DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS
Es más variado que el de Gram-negativas, sobre todo
en función de ciertas variantes en la composición del tetrapéptido
y del tipo de enlaces entre los tetrapéptidos.
En bacterias Corineformes:
- el grupo -CO- en a del D-glu (2) puede estar amidado o unido a una
glicina (Gly);
- el aa (1) puede ser Gly o L-Ser, en lugar de la L-ala;
- el hidroxilo en 6 del NAM puede estar acetilado, lo que hace que
el PG de estas bacterias sea resistente a la lisozima.
Muchas bacterias Gram-positivas carecen de
meso-DAP (3), y en su lugar puede existir:
- LL-DAP
- L-diaminobutírico (DAB)
- L-lisina
- L-homoserina
- L-ornitina
Modalidades de uniones interpeptídicas:
- enlace directo entre la D-ala(4) y el -NH2 libre
del diaminoácido en (3)
- enlace D-ala(4) ---X---diaminoácido(3), donde X representa
un puente, que puede consistir en:
- enlace D-ala(4) ---{mismo tetrapéptido}--- diaminoácido
(3)
- enlace entre D-ala(4) y el D-glu(2) (y no el aa en 3), por
medio de un péptido en el que debe de existir obligatoriamente un
diaminoácido (p. ej., D-lys, D-ornitina).
Desde el punto de vista estructural, el PG de
Gram-positivas se caracteriza por la existencia de múltiples capas,
existiendo entrecruzamientos tanto entre cadenas adyacentes en el mismo
nivel como entre niveles distintos.
El resultado es una red tridimensional gruesa (hasta
50 capas en algunos Bacillus), y más compacta que en
Gram-negativas. De todas formas, el grado de compacidad varía entre
especies, y depende de:
- nº de NAM que contengan tetrapétidos que participen en
entrecruzamientos;
- longitud del puente peptídico
Ello condiciona a su vez la intensidad de la
gram-positividad en la tinción de Gram.
2.1.4 RELACIONES ENTRE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN EN EL PEPTIDOGLUCANO
La arquitectura molecular del sáculo de mureína está
aún sujeta a debate. Sin embargo, uno de los modelos recientes más
aceptado se podría resumir de la siguiente manera:
Los esqueletos de repeticiones de la unidad disacarídica
se disponen casi paralelos a la superficie celular, con una tendencia a
una forma espiral por encima de la membrana citoplásmica. Si
consideramos una bacteria de forma bacilar, esta espiral cerrada se
dispone siguiendo el perímetro circular (y no siguiendo el eje
longitudinal). Los grupos tetrapeptídicos salen perpendicularmente de
los NAM, en sentido vertical hacia la membrana. Sin embargo, cuando dos
tetrapétidos de un nivel se unen entre sí, forman un puente casi
horizontal, formando ángulos de unos 90o repecto de los
esqueletos carbonados, y siguiendo el eje longitudinal de la célula.
Esta estructura confiere una serie de importantes
propiedades:
- Gran rigidez
, que contrarresta las fuerzas osmóticas a que
está sometido el protoplasto (aguanta presiones de unas 5 a 15 atmósferas).
Esta rigidez depende de:
- el grado de entrecruzamiento;
- el hecho de que el enlace ß(1 --> 4) es muy compacto.
La alternancia regular entre anillos piranósicos de NAG y de NAM
genera uno de los polisacáridos más estables desde el
punto de vista termodinámico, que recuerda en su
"estilo" a la quitina y a la celulosa;
- la alternancia en el tetrapéptido, de aminoácidos en
configuraciones D y L supone una factor adicional que confiere
aún más fuerza estructural, y además permite que todas las
cadenas laterales de estos aminoácidos se dispongan hacia el
mismo lado, facilitando la formación de puentes de H.
- Pero, al mismo tiempo, la estructura permite una notable
flexibilidad. Ello colabora, junto con su rigidez, a soportar
variaciones amplias de la tensión osmótica del protoplasto.
- Condiciona la forma celular
. Aunque la química del PG, por
sí misma, no determina la forma, es su disposición espacial la
responsable principal de esta forma.
2.2 OTROS COMPONENTES DE LA
PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS: LA MATRIZ
Como ya dijimos, el PG de las bacterias
Gram-positivas se encuentra inmerso en una matriz, que puede representar
hasta el 50% del peso de la P.C., y que está constituida por largos polímeros
denominados ácidos teicoicos, pudiendo existir también (o en su
lugar) los ácidos teicurónicos y los lipoteicoicos.
Estos componentes llegan a sobresalir de la superficie celular y
suministran especificidad antigénica.
a) Ácidos teicoicos: Están presentes en
muchas bacterias Gram-positivas, pero no en todas. Son polímeros de
hasta 30 unidades de glicerol-fosfato o ribitol-fosfato, unidas entre sí
por enlaces fosfodiéster, en los que la mayoría de los grupos -OH están
sustituidos por -H, azúcares, aminoazúcares o D-alanina.
Los ácidos teicoicos están unidos covalentemente al
PG, concretamente al -OH en posición 6 del NAM, a través de una unidad
de enlace, variable según las especies.
Por ejemplo, en una especie de Micrococcus, el
elemento de enlace consiste en {glicerol-P}3 --NAG-P.
b) Ácidos teicurónicos: ciertas bacterias
Gram-positivas, cuando se someten a un régimen de limitación de
fosfato son incapaces de sintetizar ácidos teicoicos, pero en su lugar
producen ácidos teicurónicos. Los teicurónicos consisten en polímeros
aniónicos formados por la alternancia de ácidos urónicos (que tienen
grupos -COOH libres) y aminozúcares como la N-acetil-galactosamina.
c) Ácidos lipoteicoicos: están presentes en
todas las bacterias Gram-positivas, aun en condiciones de carencia de
fosfato. Se trata simplemente de ácidos glicerol-teicoicos que se encuentran
unidos a la membrana citoplásmica, concretamente se unen por enlace
fosfodiéster con glucolípidos de membrana, mientras que el otro
extremo de la cadena queda expuesto al exterior.
En Streptococcus pyogenes las cadenas de
lipoteicoicos se encuentran asociadas con la llamada proteína M,
originando una microfibrillas que sobresalen notablemente hacia el
exterior celular (observables a microscopio electrónico), y que
facilitan la unión a las células de animales en que parasitan estas
bacterias.
Funciones de los polímeros de la matriz:
Parece ser que su papel principal es suministrar una carga neta
negativa a la P.C., lo que permite captar cationes divalentes (p.
ej., Mg++), que a su vez se necesitan para muchas
actividades enzimáticas de la membrana citoplásmica o del espacio
periplásmico, que participan de la morfogénesis y división de la
pared celular.
Como ya dijimos, los ácidos teicoicos y teicurónicos son buenos
antígenos. Cuando no están cubiertos por estructuras más externas
(como cápsulas), constituyen el antígeno somático O de las
bacterias Gram-positivas.
Finalmente, en algunas bacterias, sumistran, junto con el PG,
receptores específicos para la adsorción de ciertos bacteriófagos.
2.3 LA PARED CELULAR DE LAS
BACTERIAS ÁCIDO-ALCOHOL RESISTENTES
Determinadas bacterias Gram-positivas (corineformes, Nocardia
y, en especial Mycobacterium) presentan una P.C. muy compleja,
con abundancia de lípidos (algo excepcional entre las
Gram-positivas).
Estas bacterias no se tiñen con los colorantes
normales, pero una vez que se han teñido con fuchsina (forzando
mediante calentamiento de la preparación), tienen resistencia a
decolorarse por una mezcla de ácido clorhídrico al 3% en etanol de 96o.
Por ello se denominan como bacterias ácido-alcohol resistentes.
Esta propiedad depende esencialmente de la presencia, en su P.C. de unos
lípidos llamados ácidos micólicos.
Químicamente, esta P.C. consiste en un esqueleto
formado por dos tipos de polímeros, unidos covalentemente entre sí:
- un peptidoglucano especial (la diferencia más importante es que
en vez de N-acetil murámico existe N-glucolil-murámico);
- un arabinogalactano de gran peso molecular.
- Ambos polímeros se encuentran enlazados a través de fosfodiéster
entre una unidad de murámico y una de las arabinosas. Pero a su
vez, este esqueleto se une covalentemente a los ácidos micólicos.
Los ácidos micólicos son ß-hidroxiácidos grasos
ramificados en a , cuya longitud de cadena es grande (desde C78
a C91 en Mycobacterium). Están unidos al esqueleto de
la P.C. de forma uniforme, a través de enlaces con los -OH en 5 de las
unidades de arabinosa.
Por lo tanto, el esqueleto de la P.C. de estas
bacterias consiste en:
peptidoglucano---arabinogalactano---ácidos micólicos.
Pero aparte de este esqueleto complejo, la P.C. de
las bacterias ácido-alcohol resistentes exhibe una variedad de lípidos:
-
Glucolípidos:
-
Micolatos de trehalosa
: dos unidades de trehalosa unidas
entre sí por enlace a (1-->1´), y en donde los grupos 6 y 6´
están unidos con ácidos micólicos. Constituyen el llamado factor
de crecimiento en cuerdas, debido a que son responsables de la
agregación de los individuos bacterianos en forma de
"cuerdas".
-
Sulfolípidos de trehalosa
: están localizados en la
periferia de la P.C., y parecen ser impartantes factores de
virulencia. En Mycobacterium tuberculosis (el bacilo de
la tuberculosis) estos sulfolípidos de trehalosa funcionan como evasinas,
es decir, facilitan el que la bacteria escape a la acción de los
macrófagos inhibiendo la fusión del fagosoma con el lisosoma, lo
cual puede explicar el hecho de que estosmicroorganismos tengan éxito
como parásitos intracelulares.
-
Micósidos
: Localizados en la periferia, consisten en la
unión por enlace éster entre ácidos micólicos y azúcares
(incluyendo ácidos urónicos, desoxiosas, aminozúcares, etc.).
Ceras:
Unión de ácidos micólicos con ftioceroles (alcoholes
ramificados de alto peso molecular: C30 - C34).
El alto contenido en lípidos confiere una serie de
propiedades a estas bacterias (aparte de la ácido-alcohol resistencia
ya citada):
aspecto y consistencia cérea de sus colonias;
crecen formando grumos en medios líquidos;
gran impermeabilidad de la P.C., que a su vez condiciona:
-
gran resistencia a la desecación
-
gran resistencia a sustancias antibacterianas (detergentes,
oxidantes, ácidos, bases, etc).
2.4 LA PARED DE BACTERIAS
GRAM-NEGATIVAS
El peptidoglucano se encuentra inmerso en un compartimento llamado espacio
periplásmico, comprendido entre la membrana citoplásmica y la membrana
externa.
2.4.1 LA MEMBRANA EXTERNA DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
Se trata de una estructura de bicapa lipídica
exclusiva de las bacterias Gram-negativas. Como otras bicapas lipídicas,
consta de una doble capa de lípidos, junto con proteínas de matriz
(estas últimas atravesando total o parcialmente la bicapa). Por
supuesto, en la bicapa lipídica, los grupos polares quedan hacia
afuera, mientras que los hidrófobos tienden al interior.
Ahora bien, la composición química y la disposición
de los elementos de esta membrana externa son muy distintos a los de una
membrana típica:
El conjunto es un mosaico fluido que permite el
desplazamiento lateral de los fosfolípidos, del LPS, y de las proteínas,
pero no de las lipoproteínas unidas covalentemente al PG. Sin embargo,
esta fluidez es menor que la de la membrana citoplásmica.
2.4.1.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA EXTERNA
Por favor, consultar en la Fig el esquema general de
la estructura de la pared de Gram-negativas, donde se representan la
disposición y las relaciones de sus distintos componentes.
La membrana externa se encuentra unida con el PG
subyacente a través de distintos componentes y tipos de enlaces:
-
enlaces iónicos, mediados por cationes divalentes, entre
distintas proteínas de la membrana externa y el PG;
-
enlaces hidrófobos entre fosfolípidos y proteínas de la
capa interior de la membrana externa con el PG;
-
enlaces covalentes entre algunas moléculas de lipoproteína
y el PG.
Estudiaremos a continuación los componentes de la
membrana externa, aludiendo a su composición química, estructura y
funciones.
1) FOSFOLÍPIDOS (FL)
Se localizan en la lámina interna de la m. ext. La composición en
fosfolípidos es similar a la de la membrana citoplásmica, con un
ligero enriquecimiento en fosfatidil-etanolamina.
2) LIPOPOLISACÁRIDO (LPS)
Se trata de una macromolécula exclusiva de la lámina externa de la
m. ext. de bacterias Gram-negativas, responsable de muchas de las
propiedades biológicas de estas bacterias. Se le conoce también con el
nombre de endotoxina (toxina termoestable, no difusible). Se
trata de un glucolípido complejo, que podemos considerar compuesto de
tres regiones o dominios:
-
lípido A, que es la porción más proximal, y de carácter
hidrofóbico;
-
región intermedia, llamada oligosacárido medular;
-
región distal (cadena lateral específica, polisacarídica)
a base de repeticiones de unos pocos azúcares. Es de carácter
hidrofílico y constituye el antígeno somático O de las
bacterias Gram-negativas.
a) El lípido A: esta región es prácticamente
idéntica en todas las bacterias Gram-negativas. Consiste en un disacárido
formado por dos unidades de glucosamina unidas por enlace ß(1-->6),
pero donde todos los grupos -OH (menos uno) y -NH2 están
sustituidos (unidos a otras moléculas):
Obsérvese que existen 5 (a veces 6) ácidos
grasos, todos ellos saturados, con predominio de ß-hidroximirístico
(un ácido graso C14)
El -OH original en 4´ está sustituido por
arabinosamina-fosfato.
El -OH en 1 está sustituido por
fosforil-etanolamina (a veces pirofosforil-etanolamina).
b) El oligosacárido medular (también llamado corazón
o núcleo): se une al lípido A a través del -OH en 3´. Se
pueden considerar dos fracciones:
-
la fracción del núcleo interno, a base de dos tipos de azúcares
exclusivos de Gram-negativas: 2-ceto-3-desoxioctónico (KDO) y
L-glicero-D-manoheptosa (Hep). Alguna de las Hep y alguno de los KDO
pueden a su vez estar unidos a fosforil-etanolamina (o
pirofosforil-etanolamina). Esta región es muy rica en grupos
cargados, especialmente con carga negativa (de los fosfatos y
KDO).
-
La fracción del núcleo externo está constituida a base de
hexosas (glucosa, galactosa, NAG, y a veces algunas hexosas más
raras).
c) Cadena lateral específica: polisacárido
repetitivo, que se proyecta hacia el exterior celular, y que
constituye el Ag somático O de bacterias Gram-negativas.
Consiste en la repetición (hasta 40 veces) de unidades tri-,
tetra- o pentasacarídicas (en estos dos últimos casos uno de los
azúcares de cada repetición queda lateral respecto del esqueleto
lineal que forman los demás).
De todas estas regiones del LPS la única indispensable
para la viabilidad es el lípido A. Los mutantes incapaces de
sintetizar las cadenas laterales o el oligosacárido medular dan
colonias rugosas y están afectados en distintas propiedades biológicas,
pero pueden sobrevivir.
Papeles y funciones del LPS
1) Papel estructural: el LPS es el componente
esencial de la membrana externa. La porción hidrofóbica (las cadenas
de ácidos grasos del lípido A) se proyectan hacia el interior de esta
membrana. Precisamente es la estructura del lípido A la principal
responsable de la menor fluidez de dicha membrana, y por lo tanto de la
mayor resistencia física.
Obsérvese que, mientras cualquier fosfolípido
tiene dos cadenas de A.G., el lípido A posee 5 o 6, todas ellas
unidas al mismo disacárido, generando una molécula más
"masiva."
2) A su vez, la propiedad anterior hace que sea menos
soluble a detergentes y más resistente a disolventes orgánicos.
3) Es menos permeable a muchas moléculas hidrofóbicas,
incluyendo antibióticos, debido a las largas cadenas laterales hidrofílicas.
4) Se une a cationes divalentes (como Mg++
o Zn++), lo que contribuye a la mayor estabilidad de la
membrana externa. Esta presencia de cationes suministra un ambiente
adecuado para muchas funciones de la P.C.
Si añadimos un agente quelante como el EDTA, o
eliminamos el Mg++ y lo sustituimos por Ca++, se
produce la desorganización de la membrana externa.
5) Como ya dijimos, el LPS constituye la endotoxina
de las bacterias Gram-negativas. La función como endotoxina se debe a
la región del lípido A. Sus propiedades como endotoxina están en el
origen de muchos síntomas patológicos propiciados por patógenos
Gram-negativos:
-
pirogenicidad (inducción de fiebre)
-
hipotensión
-
en casos graves, choque letal, por fallo cardíaco
-
actividad necrótica de tejidos.
Pero igualmente, tiene efectos beneficiosos: estimula
una serie de mecanismos defensivos del hospedador, incluyendo la
activación del complemento, que puede ocasionar la lisis de la
bacteria, mejora las propiedades de los fagocitos, etc.
Es decir, a pesar del nombre de endotoxina, el LPS no
es intrínsecamente tóxico, sino que su efecto depende de la respuesta
del hospedador. El macrófago es la célula del hospedador principal
responsable de la mediación de los efectos del LPS, tanto los positivos
como los negativos. El macrófago posee receptores de membrana para
detectar el LPS bacteriano, y en respuesta a él, libera una serie de
moléculas mediadoras (citoquinas) que actúan a su vez sobre diversas
partes del sistema inmunitario. De hecho, los efectos negativos se deben
a comportamientos incontrolados desencadenados en el propio sistema
inmunitario.
6) El LPS, y concretamente las cadenas laterales
constituyen el antígeno somático O, cuya especificidad viene
determinada por la secuencia repetitiva de azúcares. Esta porción
condiciona la virulencia de las bacterias Gram-negativas patógenas,
por lo que debe de ser esencial en la interacción hospedador-parásito.
3) LA LIPOPROTEÍNA (LPP, LIPOPROTEÍNA DE BRAUN)
Su porción polipeptídica es una pequeña proteína
(7.2 kDa) muy abundante en la membrana externa, y es la responsable de
la unión covalente entre ésta y el PG. La proteína tiene una
configuración mayoritaria en a -hélice, que atraviesa el espacio
periplásmico, y parece que se agrega formando trímeros. Una de las LPP
del trímero (por término medio) se une covalentemente con el PG.
El aminoácido N-terminal es una cisteína cuyo grupo
sulfhidrilo está unido por enlace tioéter a un diglicérido, y cuyo
grupo amino se une por enlace amido con un ácido graso (p. ej., palmítico).
De este modo, la porción N-terminal de la LPP está embebida en la lámina
interna de la membrana externa.
El aminoácido C-terminal es una lisina. Una de cada
tres moléculas de LPP usa esta Lys para establecer un enlace peptídico
entre su propio grupo -NH2 libre y el -COOH libre del
meso-DAP del PG. Por término medio, por cada diez unidades disacarídicas
del PG, existe un enlace covalente con la LPP.
La principal (y probablemente única) función de la
LPP es meramente estructural: estabilizar el complejo entre PG y
membrana externa.
4) PROTEÍNAS DE LA MEMBRANA EXTERNA
Están intercaladas en esta membrana, participando en
la estabilización de la arquitectura tridimensional, interaccionando
unas con otras y con los lípidos. Entre ellas, las más importantes son
las porinas.
Las porinas son proteínas de unos 35 kDa, que
se agregan formando trímeros con canales interiores, y que
atraviesan la membrana de parte a parte. Su función es permitir el paso
de sustancias a través de dichos canales interiores.
En Escherichia coli existen tres porinas
mayoritarias: las denominadas OmpC, OmpF y PhoE. La OmpC deja pasar
sustancias de menos de 500 dalton, mientras que OmpF permite el tránsito
de moléculas de hasta 600 dalton. La proporción de ambas porinas está
regulada por un interesante mecanismo genético que estudiaremos
oportunamente, y que responde a las condiciones de concentración de
solutos en el medio:
-
en medios de baja osmolaridad aumenta la proporción de OmpF (la
porina más permeable, de poro más grueso), lo que facilita la
entrada de nutrientes en medios oligotróficos, como las aguas
residuales (con pocos nutrientes disueltos);
-
en medios de alta osmolaridad, aumenta la proporción de la OmpC,
lo cual supone que sólo entren moléculas más pequeñas,
impidiendo la entrada de moléculas mayores, que son más abundantes
en los muy nutritivos fluidos corporales (p. ej., en el tracto
digestivo).
PhoE sólo se produce (se induce) en condiciones de
hambre de fosfatos, y permite el paso de moléculas cargadas
negativamente.
En las enterobacterias, las porinas colaboran en la protección
contra las sales biliares que existen en el ecosistema intestinal donde
pasan parte de su vida.
Existen otras proteínas minoritarias parecidas a
porinas, que actúan como canales específicos que permiten el
paso de ciertas moléculas: vitamina B12, quelatos de Fe,
nucleósidos, maltodextrinas, etc. Algunas de ellas sirven simultáneamente
como receptores de fagos.
Por ejemplo, la proteína LamB sirve para la difusión
de maltosa y maltodextrina, pero actúa como receptor del fago lambda.
2.4.1.2 PAPELES Y FUNCIONES DE LA MEMBRANA EXTERNA
Actúa como tamiz molecular, que permite la difusión únicamente
de moléculas relativamente pequeñas. Esto supone una protección
frente a muchos agentes antibacterianos: colorantes, ácidos
biliares, antibióticos, enzimas (p. ej., la lisozima, que podría
alcanzar y atacar al PG). Recuérdese que las porinas sólo permiten
el paso de sustancias hidrofílicas por debajo del tamaño
especificado por el diámetro de los canales.
Condiciona propiedades de superficie:
-
Es la estructura donde se fijan los componentes del complemento
(sistema defensivo de los animales superiores que conduce a la
inserción, en la membrana externa, de una serie de proteínas
llamadas complejo de ataque a la membrana, que agujerea dicha
membrana y ocasiona la lisis de la bacteria).
-
Ciertas proteínas y cadenas laterales del LPS pueden ser lugares
de adsorción (receptores específicos) de fagos y
bacteriocinas.
-
Punto de anclaje del anillo externo ("L") del corpúsculo
basal de los flagelos.
2.4.2 EL ESPACIO PERIPLÁSMICO
Entre la membrana externa y la membrana citoplásmica
existe un compartimento acuoso bañando al PG, denominado periplasma
o espacio periplásmico. El contenido del periplasma (el "gel
periplásmico") incluye:
-
RNAasa y fosfatasa, que digieren moléculas que por sí mismas no
pueden pasar al citoplasma.
-
Penicilinasa: degrada penicilina, evitando destrucción de PG
-
proteínas de transporte de nutrientes (p. ej., de maltosa)
-
proteínas de unión a estímulos químicos.
El periplasma cumple una función de osmorregulación:
el periplasma es una solución densa, con alta concentración de
macromoléculas, y que participa en la regulación de la osmolaridad
celular frente a la tonicidad del medio exterior. Para ello, existe en
este espacio periplásmico un oligosacárido derivado de la membrana
citoplásmica (ODM, o según sus iniciales inglesas, MDO), a base de
10 unidades de ß-D-glucosa (unidas entre sí por enlaces 1-->2) con
sustituyentes ácidos.
-
En medios de alta osmolaridad (por ejemplo, en los fluidos
corporales), disminuye la concentración del oligosacárido.
-
En ambientes de baja osmolaridad (p. ej., aguas fecales), aumenta
mucho la concentración de dicha molécula. De este modo, la presión
de turgor del protoplasto se transmite contra el PG, que como
sabemos ya, es la estructura de la P.C. que aguanta las variaciones
de presión osmótica.
3. PAREDES DE LAS
ARQUEAS | a Contenidos
-
Como ya dijimos, las Arqueas constituyen una línea
de procariotas filogenéticamente separada de las demás bacterias.
Es lógico que sus paredes difieran notablemente de las estudiadas
hasta ahora. Exceptuando el género Thermoplasma, carente de
P.C., las demás arqueas poseen, por encima de la membrana citoplásmica,
algún tipo de estructura con funciones de pared celular.
-
En muchos casos las funciones de P.C. son ejercidas
simplemente por una capa S paracristalina, a base de disposición
regular de subunidades idénticas de una proteína o glucoproteína
(p. ej., Methanococcus, Methanogenium). Recordar que en
ciertas arqueobacterias de ambientes extremos, esta capa S está
estabilizada por factores de esos ambientes: En el halófilo
obligado Halobacterium las subunidades de glucoproteína se
estabilizan por altas concentraciones de ión Na+. En el
termoacidófilo Sulfolobus la estabilidad la confieren los
bajísimos pH.
-
En Methanospirillum y en Methanotrhix
varias células, cada una con su capa S, se encuentran englobadas
por una vaina común, a base de proteínas y carbohidratos, con una
estructura a base de anillos paralelos (véanse dibujos y
micrografías).
-
En Methanosarcina la capa S se encuentra
rodeada de metanocondroitina, un polímero a base de
N-acetil-galactosamina, glucurónico, glucosa y manosa, y que es la
responsable de la formación de los paquetes cúbicos (sarcinas) de
este género.
-
En el halófilo Halococcus no hay capa S,
pero existe una pared a base de un heteropolisacárido complejo
sulfatado (donde participan azúcares sulfatados y sulfonatados,
aminoazúcares, ácidos urónicos y glicocola).
-
Finalmente, los miembros del orden Methanobacteriales
poseen una pared de pseudomureína, un extraño
peptidoglucano no basado en NAM. Consiste en un esqueleto de
unidades repetitivas de NAG unidas por enlace ß(1-->3) con
N-acetil-talosaminourónico (NAT, un azúcar exclusivo de estos
organismos). El grupo -NH2 del NAT va unido a su vez con
un tetrapéptido, pero en éste sólo participan aminoácidos de la
serie L. Al igual que en la mureína de las eubacterias, las
diversas cadenas se unen entre sí por enlaces peptídicos entre el
aminoácido terminal (4) de un tetrapéptido y el diaminoácido (3)
de otra cadena.
ARTÍCULOS DE DIVULGACIÓN
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actualizado el 17 de agosto de 1998
Ó
1998 ENRIQUE IAÑEZ PAREJA. Prohibida su reproducción,
salvo con fines educativos.
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