PAREDE CELULAR BACTERIANA: CARACTERÍSTICAS, BIOSSÍNTESE, FUNÇÕES - BIOLOGIA - 2024

A 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).

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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 conhecida 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-acetilmurâmica (da raiz murus, que significa parede).

Sempre encontramos uma cadeia composta 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.

Os flagelos são estruturas filamentosas, cujo formato lembra um chicote e contribuem para a mobilidade do organismo. Os demais filamentos mencionados contribuem para a ancoragem celular, a motilidade e a troca de material genético.

Paredes celulares bacterianas atípicas

Embora a estrutura acima mencionada possa ser generalizada para a grande maioria dos organismos bacterianos, existem 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 estão entre as 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.

Recursos

- Funções biológicas da parede celular bacteriana

Proteção

A principal função da parede celular das 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 flutuações de pressão que podem ocorrer, o que impede 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 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 entre vários tipos de bactérias. Além disso, a estrutura permite entender a virulência da bactéria e a que tipo de antibiótico 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 propósito 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

(i) Aplicação do corante primário: uma amostra fixada por calor é coberta com um corante roxo básico, geralmente violeta de cristal é usado para isso. Esta mancha permeia todas as células encontradas na 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. Nesta fase, as bactérias gram-positivas e negativas são coradas com um roxo profundo.

(iii) Lavagem: a terceira etapa envolve a lavagem do corante com uma solução de álcool ou com 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 removida 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, pois 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 da lavagem subsequente.

O cristal violeta que entra na célula na primeira etapa forma um complexo com o iodo, o que dificulta a saída 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 é a espécie Staphylococcus aureus, que é um patógeno para o homem.

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 esse grupo de procariontes. Assim, as bactérias gram negativas aparecem na cor rosa.

Ao contrário da camada espessa de peptidoglicano que as bactérias gram-positivas têm, as bactérias negativas têm uma camada muito mais fina. Além disso, apresentam 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 por bactérias 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

Embora a coloração de Gram seja amplamente conhecida e aplicada em laboratório, também existem outras metodologias que permitem diferenciar as bactérias de acordo com aspectos estruturais da parede celular. Um deles é a coloração com ácido, que se liga fortemente às bactérias que possuem materiais semelhantes à 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 que as unidades estruturais foram sintetizadas, 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 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 archaea. 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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