Parede celular bacteriana: características, biossíntese, funções

A parede celular bacteriana é uma estrutura complexa e semi-rígida, responsável por fornecer proteção e forma às bactérias. Estruturalmente, é composto por uma molécula chamada peptidoglicano. Além da proteção contra mudanças de pressão, a parede bacteriana fornece um local de ancoragem para estruturas como flagelos ou pilis e define várias propriedades relacionadas à virulência e motilidade celular.

Uma metodologia amplamente usada para classificar bactérias de acordo com a estrutura de sua parede celular é a coloração de Gram. Isso consiste em uma aplicação sistemática de corantes púrpura e rosa, onde bactérias com uma parede espessa e rica em peptidoglicano são manchadas de roxo (gram-positivas) e aquelas que possuem uma parede fina cercada por lipopolissacarídeos são manchadas de rosa (gram-negativa).

Parede celular bacteriana: características, biossíntese, funções 1

Fonte pixabay.com

Embora outros seres orgânicos como archaea, algas, fungos e plantas tenham parede celular, sua estrutura e composição diferem profundamente da parede celular bacteriana.

Características e estrutura

A parede bacteriana: uma rede peptidoglicana

Em biologia, geralmente definimos os limites entre os vivos e os não-vivos usando a membrana plasmática. No entanto, existem muitos organismos cercados por uma barreira adicional: a parede celular.

Nas bactérias, a parede celular é composta por uma rede intricada e complexa de uma macromolécula chamada peptidoglicano, também conhecida como mureína.

Além disso, podemos encontrar outro tipo de substâncias na parede que são combinadas com peptidoglicano, como carboidratos e polipeptídeos com comprimento e estrutura variados.

Quimicamente, o peptidoglicano é um dissacarídeo cujas unidades monoméricas são N-acetilglucosamina e N-acetilmurâmico (da raiz de murus, que significa parede).

Sempre encontramos uma cadeia formada por tetrapeptídeos, que consiste em quatro resíduos de aminoácidos ligados ao N-acetilmurâmico.

A estrutura da parede celular bacteriana segue dois esquemas ou dois padrões gerais, conhecidos como gram-positivos e gram-negativos. Na próxima seção, desenvolveremos mais essa ideia.

Estruturas externas à parede celular

Normalmente, a parede celular bacteriana é cercada por algumas estruturas externas, como glicocálice, flagelos, filamentos axiais, fímbrias e pilis.

O glicocálice consiste em uma matriz de consistência gelatinosa que circunda a parede e possui composição variável (polissacarídeos, polipeptídeos, etc.). Em algumas estirpes bacterianas, a composição desta cápsula contribui para a virulência. É também um componente crucial na formação de biofilmes.

Os flagelos são estruturas filamentosas, cuja forma se assemelha a um chicote e contribui para a mobilidade do organismo. O restante dos filamentos mencionados contribui para a ancoragem da célula, motilidade e troca de material genético.

Paredes celulares bacterianas atípicas

Embora a estrutura mencionada acima possa ser generalizada para a grande maioria dos organismos bacterianos, existem exceções muito específicas que não estão em conformidade com esse esquema de parede celular, uma vez que não possuem ou possuem muito pouco material.

Membros do gênero Mycoplasma e organismos filogeneticamente relacionados são as menores bactérias que foram registradas. Devido ao seu pequeno tamanho, eles não têm parede celular. De fato, a princípio eles foram considerados como vírus e não como bactérias.

No entanto, deve haver alguma maneira pela qual essas pequenas bactérias obtenham proteção. Isso é alcançado graças à presença de lipídios especiais chamados esteróis, que contribuem para a proteção contra a lise celular.

Relacionado:  Barorreceptores: funções e classificação

Funções

Funções biológicas da parede celular bacteriana

Protecção

A principal função da parede celular nas bactérias é fornecer proteção à célula, funcionando como uma espécie de exoesqueleto (como o dos artrópodes).

As bactérias contêm uma quantidade significativa de solutos dissolvidos no interior. Devido ao fenômeno de osmose, a água que os rodeia tentará entrar na célula criando uma pressão osmótica que, se não for controlada, pode levar à lise celular.

Se a parede bacteriana não existisse, a única barreira protetora dentro da célula seria a frágil membrana plasmática de natureza lipídica, que rapidamente daria lugar à pressão causada pelo fenômeno de osmose.

A parede celular bacteriana forma uma barricada de backup contra flutuações de pressão que podem ocorrer, o que impede a lise celular.

Rigidez e forma

Graças às suas propriedades de rigidez, a parede ajuda a moldar as bactérias. É por isso que podemos diferenciar entre várias formas de bactérias de acordo com esse elemento, e podemos usar essa característica para estabelecer uma classificação com base nas morfologias mais comuns (cocos ou bacilos, entre outras).

Site âncora

Finalmente, a parede celular serve como local de ancoragem para outras estruturas relacionadas à motilidade e ancoragem, como flagelos.

-Aplicações da parede celular

Além dessas funções biológicas, a parede bacteriana também possui aplicações clínicas e taxonômicas. Como veremos mais adiante, a parede é usada para discriminar entre vários tipos de bactérias. Além disso, a estrutura nos permite entender a virulência das bactérias e a que tipo de antibiótico ela pode ser suscetível.

Como os componentes químicos da parede celular são exclusivos de bactérias (ausentes no hospedeiro humano), esse elemento é um alvo potencial para o desenvolvimento de antibióticos.

Classificação de acordo com a coloração de Gram

Na microbiologia, as manchas são procedimentos amplamente utilizados. Alguns deles são simples e seu objetivo é demonstrar claramente a presença de um organismo. No entanto, outras manchas são do tipo diferencial, onde os corantes utilizados reagem dependendo do tipo de bactéria.

Uma das manchas diferenciais mais amplamente usadas em microbiologia é a coloração de Gram, uma técnica desenvolvida em 1884 pelo bacteriologista Hans Christian Gram. A técnica permite classificar as bactérias em grandes grupos: gram positivo e gram negativo.

Atualmente é considerada uma técnica de grande utilidade médica, embora algumas bactérias não reajam adequadamente à coloração. Geralmente é aplicado quando as bactérias são jovens e crescem.

Protocolo de coloração de Gram

(i) Aplicação do corante primário : uma amostra fixada pelo calor é coberta com um corante roxo básico, o cristal violeta é geralmente usado para isso. Este corante permeia todas as células encontradas na amostra.

(ii) Aplicação do iodo : após um curto período de tempo, o corante púrpura é removido da amostra e o iodo, um agente de mordida, é aplicado. Nesta fase, as bactérias gram-positivas e negativas são coradas com um roxo intenso.

(iii) Lavagem : a terceira etapa envolve lavar o corante com uma solução alcoólica ou com uma mistura álcool-acetona. Essas soluções têm a capacidade de remover cores, mas apenas de algumas amostras.

Relacionado:  Flora e Fauna de Veracruz: Destaques

(iv) Aplicação de safranina : Finalmente, a solução aplicada na etapa anterior é eliminada e outro corante, safranina, é aplicado. Este é um corante vermelho básico. Este corante é lavado e a amostra está pronta para ser observada à luz do microscópio óptico.

Parede celular bacteriana Gram-positiva

No passo (iii) da coloração, apenas algumas bactérias retêm o corante púrpura e são conhecidas como bactérias gram-positivas. A cor da safranina não os afeta e, no final da coloração, os que pertencem a esse tipo são observados em roxo.

O princípio teórico da coloração baseia-se na estrutura da parede celular bacteriana, pois depende da fuga ou não do corante púrpura, que forma um complexo junto ao iodo.

A diferença básica entre bactérias gram-negativas e positivas é a quantidade de peptidoglicano que elas apresentam. Os Gram-positivos têm uma camada espessa deste composto que lhes permite reter a cor púrpura, apesar da lavagem subsequente.

O cristal violeta que entra na célula no primeiro passo forma um complexo com o iodo, o que dificulta sua saída com a lavagem de álcool, graças à espessa camada de peptidoglicano que os cerca.

O espaço que existe entre a camada de peptidoglicano e a membrana celular é conhecido como espaço plasmático e consiste em uma camada granular composta de ácido lipoteicoico. Além disso, as bactérias gram-positivas são caracterizadas por possuir uma série de ácidos teicoicos ancorados na parede.

Um exemplo desse tipo de bactéria é a espécie Staphylococcus aureus , que é um patógeno para os seres humanos.

Parede celular bacteriana Gram-negativa

As bactérias que não retêm a coloração da etapa (iii) são, por descarte, gram-negativas. Esta é a razão pela qual um segundo corante (safranina) é aplicado para visualizar esse grupo de procariontes. Assim, bactérias gram-negativas são observadas na cor rosa.

Ao contrário da espessa camada de peptidoglicano que possui bactérias gram-positivas, as negativas têm uma camada muito mais fina. Além disso, eles têm uma camada de lipopolissacarídeos que faz parte da parede celular.

Podemos usar a analogia de um sanduíche: o pão representa duas membranas lipídicas e o interior ou o recheio seria o peptidoglicano.

A camada de lipopolissacarídeo é formada por três componentes principais: (1) lipídeo A, (2) um núcleo de polissacarídeos e (3) polissacarídeos O, que funcionam como um antígeno.

Quando uma bactéria morre, libera o lipídio A, que funciona como uma endotoxina. O lipídio está relacionado aos sintomas causados ​​por infecções por bactérias gram-negativas, como febre ou dilatação dos vasos sanguíneos, entre outros.

Essa fina camada não retém o corante púrpura aplicado na primeira etapa, pois a lavagem com álcool remove a camada de lipopolissacarídeos (e junto com ela o corante). Eles não contêm os ácidos teicoicos mencionados na gram-positiva.

Um exemplo desse padrão de organização da parede celular bacteriana é a famosa bactéria E. coli.

Consequências médicas da coloração de Gram

Do ponto de vista médico, é importante conhecer a estrutura da parede bacteriana, uma vez que as bactérias gram-positivas são geralmente facilmente eliminadas pela aplicação de antibióticos como a penicilina e a cefalosporina.

Em contraste, as bactérias gram-negativas são geralmente resistentes à aplicação de antibióticos que não conseguem penetrar na barreira dos lipopolissacarídeos.

Relacionado:  Timina: Estrutura e Funções Químicas

Outras colorações

Embora a coloração de Gram seja amplamente conhecida e aplicada em laboratório, também existem outras metodologias que permitem diferenciar bactérias de acordo com aspectos estruturais da parede celular. Um deles é a coloração ácida que se liga fortemente a bactérias que possuem materiais semelhantes a cera presos à parede.

Isso é usado especificamente para diferenciar espécies de Mycobacterium de outras espécies de bactérias.

Biossíntese

A síntese da parede celular bacteriana pode ocorrer no citoplasma da célula ou na membrana interna. Uma vez sintetizadas as unidades estruturais, o conjunto da parede prossegue para fora das bactérias.

A síntese do peptidoglicano ocorre no citoplasma, onde são formados nucleotídeos que servirão como precursores dessa macromolécula que compõe a parede.

A síntese segue seu caminho na membrana plasmática, onde ocorre a geração dos compostos lipídicos da membrana. Dentro da membrana plasmática, ocorre a polimerização das unidades que compõem o peptidoglicano. Todo o processo é assistido por diferentes enzimas bacterianas.

Degradação

A parede celular pode ser degradada graças à ação enzimática da lisozima, uma enzima que é encontrada naturalmente em fluidos como lágrimas, muco e saliva.

Essa enzima atua de maneira mais eficiente nas paredes das bactérias gram-positivas, sendo esta mais vulnerável à lise.

O mecanismo dessa enzima consiste na hidrólise das ligações que mantêm unidos os blocos monoméricos do peptidoglicano.

Parede celular de Arqueas

A vida é dividida em três domínios principais: bactérias, eucariotos e arquéias. Embora este último lembre superficialmente de bactérias, a natureza de sua parede celular é diferente.

Nos arcos, pode ou não haver uma parede celular. Se a composição química existir, ela varia, incluindo uma série de polissacarídeos e proteínas, mas até agora nenhuma espécie com uma parede composta de peptidoglicano foi relatada.

No entanto, eles podem conter uma substância conhecida como pseudomureína. Se a coloração de Gram for aplicada, todas serão gram-negativas. Portanto, a coloração não é útil nas arquéias.

Referências

  1. Albers, SV, & Meyer, BH (2011). O envelope da célula archaeal. Nature Reviews Microbiology , 9 (6), 414-426.
  2. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013).Biologia celular essencial . Garland Science
  3. Cooper, G. (2000). A célula: uma abordagem molecular. 2ª edição. Sinauer Associates.
  4. Cooper, GM e Hausman, RE (2007). A célula: uma abordagem molecular . Washington, DC, Sunderland, MA.
  5. Cullimore, DR (2010). Atlas prático para identificação bacteriana . Imprensa CRC
  6. Koebnik, R., Locher, KP, e Van Gelder, P. (2000). Estrutura e função das proteínas bacterianas da membrana externa: barris em poucas palavras. Microbiologia molecular , 37 (2), 239-253.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D. e Darnell, J. (2000). Biologia celular molecular 4ª edição . Centro Nacional de Informação Biotecnológica, Estante.
  8. Scheffers, DJ, e Pinho, MG (2005). Síntese de parede celular bacteriana: novas idéias de estudos de localização. Microbiology and Molecular Biology Reviews , 69 (4), 585-607.
  9. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Microbiologia Uma introdução. Pearson

Deixe um comentário