Parede celular bacteriana: características, biossíntese, funções - Ciência - 2023

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o parede celular bacteriana É uma estrutura complexa e semirrígida, responsável por fornecer proteção e forma às bactérias. Estruturalmente, é composto por uma molécula chamada peptidoglicano. Além de 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 utilizada para classificar bactérias de acordo com sua estrutura de parede celular é a coloração de Gram. Consiste na aplicação sistemática dos corantes púrpura e rosa, onde as bactérias com parede espessa e rica em peptidoglicano coram de púrpura (gram positivas) e aquelas com parede fina circundada por lipopolissacarídeos coram de rosa (gram negativas).

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

Características e estrutura

A parede bacteriana: uma rede de peptidoglicanos

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

Nas bactérias, a parede celular é formada por uma rede intrincada e complexa de uma macromolécula chamada peptidoglicano, também conhecido como mureína.

Além disso, podemos encontrar outros tipos de substâncias na parede que se combinam com o peptidoglicano, como carboidratos e polipeptídeos que variam em comprimento e estrutura.

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

Sempre encontramos uma cadeia formada por tetrapeptídeos, consistindo de 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 essa ideia em profundidade.

Estruturas fora da parede celular

Normalmente, a parede celular da bactéria é circundada por algumas estruturas externas, como o glicocálice, flagelos, filamentos axiais, fímbrias e pilis.

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

Flagelos são estruturas filamentosas, cujo formato lembra um chicote e contribuem para a mobilidade do organismo. Os demais filamentos citados contribuem para a ancoragem da célula, a motilidade e a troca de material genético.

Paredes celulares bacterianas atípicas

Embora a estrutura supracitada possa ser generalizada para a grande maioria dos organismos bacterianos, há exceções muito específicas que não se enquadram neste esquema de parede celular, por não possuí-lo ou possuírem muito pouco material.

Membros do gênero Mycoplasma e organismos filogeneticamente relacionados são algumas das menores bactérias já registradas. Devido ao seu pequeno tamanho, não possuem parede celular. Na verdade, no início eles foram considerados vírus e não bactérias.

No entanto, deve haver alguma maneira de essas pequenas bactérias obterem proteção. Eles fazem isso graças à presença de lipídios especiais chamados esteróis, que contribuem para a proteção contra a lise celular.

Características

- Funções biológicas da parede celular bacteriana

Proteção

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 em seu interior. Devido ao fenômeno da osmose, a água que os cerca tentará entrar na célula criando uma pressão osmótica, que se não controlada pode levar à lise da célula.

Se a parede bacteriana não existisse, a única barreira protetora no interior da célula seria a frágil membrana plasmática de natureza lipídica, que cederia rapidamente à pressão causada pelo fenômeno da osmose.

A parede celular bacteriana forma uma barreira protetora contra as oscilações de pressão que podem ocorrer, o que permite prevenir a lise celular.

Rigidez e forma

Graças às suas propriedades de endurecimento, a parede ajuda a moldar as bactérias. É por isso que podemos diferenciar as 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).

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

- Aplicações de parede celular

Além dessas funções biológicas, a parede bacteriana também tem aplicações clínicas e taxonômicas. Como veremos mais tarde, a parede é usada para discriminar vários tipos de bactérias. Além disso, a estrutura permite entender a virulência da bactéria e a que classe de antibióticos ela pode ser suscetível.

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

Classificação de acordo com a coloração de Gram

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

Uma das colorações diferenciais mais amplamente utilizadas em microbiologia é a coloração de Gram, uma técnica desenvolvida em 1884 pelo bacteriologista Hans Christian Gram. A técnica permite que as bactérias sejam classificadas em grandes grupos: gram positivas e gram negativas.

Hoje 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 estão crescendo.

Protocolo de coloração de Gram

(Eu) Aplicação de mancha primária: Uma amostra fixada por calor é coberta com um corante roxo básico, geralmente violeta de cristal é usado para isso. Este corante permeia todas as células da amostra.

(ii) Aplicação de iodo: Após um curto período de tempo, o corante roxo é removido da amostra e o iodo, um agente mordente, é aplicado. Neste estágio, as bactérias gram positivas e negativas são coradas com um roxo profundo.

(iii) Lavado- A terceira etapa envolve a lavagem do corante com uma solução de álcool ou uma mistura de álcool-acetona. Essas soluções têm a capacidade de remover a cor, mas apenas de algumas amostras.

(iv) Aplicação de safranina: Por fim, a solução aplicada na etapa anterior é eliminada e outro corante, a safranina, é aplicado. Esta é uma coloração vermelha básica. Este corante é lavado e a amostra está pronta para ser observada à luz do microscópio óptico.

Parede celular bacteriana gram positiva

Na etapa (iii) da coloração, apenas algumas bactérias retêm o corante roxo, e são conhecidas como bactérias gram-positivas. A cor da safranina não os afeta, e ao final da coloração os que pertencem a este tipo são observados púrpura.

O princípio teórico da coloração baseia-se na estrutura da parede celular bacteriana, uma vez que depende do escape ou não do corante roxo, que forma um complexo junto com o iodo.

A diferença básica entre bactérias gram negativas e positivas é a quantidade de peptidoglicano que apresentam. Os Gram positivos possuem uma camada espessa deste composto que lhes permite reter a coloração roxa, apesar das lavagens subsequentes.

O cristal violeta que entra na célula na primeira etapa forma um complexo com o iodo, o que dificulta o escape com a lavagem com álcool, graças à espessa camada de peptidoglicano que os envolve.

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

Um exemplo desse tipo de bactéria são as espécies Staphylococcus aureus, que é um patógeno para humanos.

Parede celular bacteriana Gram negativa

As bactérias que não retêm a coloração do passo (iii) são, por regra, gram negativas. Esta é a razão pela qual um segundo corante (safranina) é aplicado para visualizar este grupo de procariontes. Assim, as bactérias gram negativas aparecem na cor rosa.

Ao contrário da espessa camada de peptidoglicano que as bactérias gram positivas têm, as bactérias 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 composta de três componentes principais: (1) lipídeo A, (2) um núcleo de polissacarídeos e (3) polissacarídeos O, que funcionam como um antígeno.

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

Essa fina camada não retém o corante roxo aplicado na primeira etapa, pois a lavagem com álcool remove a camada de lipopolissacarídeo (e junto com ela o corante). Eles não contêm os ácidos teicóicos mencionados nos gram positivos.

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 costumam ser facilmente eliminadas com a 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 a barreira dos lipopolissacarídeos.

Outras colorações

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

Isso é usado especificamente para diferenciar as 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, a montagem da parede prossegue fora da bactéria.

A síntese do peptidoglicano ocorre no citoplasma, onde se formam os nucleotídeos que servirão de precursores dessa macromolécula que compõe a parede.

A síntese ocorre 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 encontrada naturalmente em fluidos como lágrimas, muco e saliva.

Esta enzima atua de forma mais eficiente nas paredes das bactérias gram positivas, sendo estas últimas mais vulneráveis à lise.

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

Parede celular em Arqueas

A vida é dividida em três domínios principais: bactérias, eucariotos e arqueas. Embora as últimas sejam superficialmente uma reminiscência de bactérias, a natureza de sua parede celular é diferente.

Em archaea pode ou não haver uma parede celular. Se a composição química existe, 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, todos serão Gram negativos. Portanto, a coloração não é útil em arquéias.

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