Ácido acetilmurámico

Qué es el ácido acetilmurámico

En sentido estricto, el ácido acetilmurámico es un monosacárido modificado: una N-acetilglucosamina a la que se ha añadido, en el carbono 3, un residuo de ácido láctico unido mediante enlace éter. Su forma N-acetilada es la que se encuentra de manera natural en los seres vivos —de ahí que el término «ácido murámico» y «ácido N-acetilmurámico» se utilicen con frecuencia como sinónimos en el lenguaje habitual, aunque químicamente designen el aminoazúcar libre y el aminoazúcar acetilado, respectivamente—.

La etimología es directa y revela su función. La raíz «murámico» fue propuesta por el bioquímico R. E. Strange en 1956 a partir del latín murus, «muro» o «muralla», porque el compuesto se aisló desde la pared de las bacterias. El prefijo «acetil» indica la presencia de un grupo acetilo (–COCH₃), procedente etimológicamente del latín acetum, vinagre. Y la «N» mayúscula que precede al nombre químico completo, ácido N-acetilmurámico, señala que el grupo acetilo está unido al átomo de nitrógeno del aminoazúcar.

El compuesto se identificó por primera vez en 1952. J. T. Park, en la Universidad de Washington, observó que los microorganismos tratados con penicilina acumulaban en su citoplasma un nucleótido desconocido, el llamado «nucleótido de Park». Lo publicó en el Journal of Biological Chemistry sin saber aún que contenía un nuevo aminoazúcar. Cuatro años después, R. E. Strange y F. A. Dark, en el Microbiological Research Establishment de Porton (Reino Unido), aislaron y caracterizaron ese aminoazúcar a partir de esporas de Bacillus megatherium y publicaron el hallazgo en Nature. Strange y Kent completaron en 1959 la caracterización química y la síntesis. El conjunto de estos trabajos asentó el ácido murámico como pieza estructural del peptidoglicano.

Estructura química

En su forma libre, el ácido murámico tiene fórmula C₉H₁₇NO₇ y una masa molar próxima a 251 g/mol. La forma N-acetilada incorpora el grupo acetilo sobre el nitrógeno del carbono 2, lo que añade dos carbonos y un oxígeno, y eleva su peso molecular hasta unos 293 g/mol. Es soluble en agua, débilmente ácido y pertenece a la familia de los azúcares amino derivados.

Lo que distingue al ácido acetilmurámico del resto de los aminoazúcares es su residuo de ácido láctico. El lactato no aporta solo la función ácida que da nombre al compuesto: actúa como punto de anclaje de la cadena peptídica que el peptidoglicano lleva incorporada. Por el grupo carboxilo del lactato se forma un enlace amida con el primer aminoácido de un pentapéptido —en las bacterias gram-positivas suele ser L-Ala-D-isoGln-L-Lys-D-Ala-D-Ala; en las gram-negativas, L-Ala-D-isoGlu-meso-DAP-D-Ala-D-Ala—. Cada unidad de MurNAc del polímero lleva, por tanto, su propio péptido pendiente, listo para entrecruzarse con el de la cadena vecina.

Biosíntesis en el citoplasma bacteriano

La síntesis del ácido N-acetilmurámico tiene lugar enteramente en el citoplasma bacteriano y constituye el primer paso comprometido de la formación del peptidoglicano. Su punto de partida es la UDP-N-acetilglucosamina, una molécula presente también en las células eucariotas y compartida con la síntesis de otros glucoconjugados.

Sobre ese sustrato actúan dos enzimas en serie. La primera, MurA (UDP-N-acetilglucosamina enolpiruvil transferasa), transfiere un grupo enolpiruvato del fosfoenolpiruvato al carbono 3 de la glucosamina. La segunda, MurB, reduce ese intermediario consumiendo NADPH y lo convierte en UDP-N-acetilmurámico propiamente dicho. A continuación, una serie de ligasas —MurC, MurD, MurE y MurF— añaden secuencialmente al carboxilo del lactato los cinco aminoácidos del pentapéptido. El producto final es el llamado «UDP-MurNAc-pentapéptido» o nucleótido de Park, el mismo intermediario citoplasmático que en 1952 condujo, por casualidad, al descubrimiento del compuesto que ahora se sintetizaba.

El nucleótido de Park abandona después el citoplasma para incorporarse a precursores anclados a la membrana (lípido I y lípido II) y ser transportado al espacio periplásmico, donde polimerizará. Esta segunda fase corresponde a la biosíntesis del polímero completo y se desarrolla en la entrada peptidoglicano.

Función en la pared bacteriana

En la pared bacteriana, las unidades de ácido N-acetilmurámico se alternan con unidades de N-acetilglucosamina en cadenas lineales unidas por enlaces β-1,4 glicosídicos. Cada par GlcNAc–MurNAc constituye la unidad disacarídica repetitiva del polímero. Las cadenas resultantes son, por sí solas, hebras de poco más que un polisacárido modificado. Lo que las transforma en una malla tridimensional rígida es el entrecruzamiento de los pentapéptidos que cuelgan de cada MurNAc, mediado por transpeptidasas que enlazan covalentemente péptidos de cadenas adyacentes.

El resultado es el peptidoglicano, también llamado mureína, una macromolécula que envuelve a la bacteria como una bolsa única y le confiere forma y resistencia a la presión osmótica del medio interno bacteriano. En las bacterias gram-positivas, esa bolsa es gruesa —puede acumular hasta cuarenta capas de peptidoglicano y representar el 90 % del peso seco de la pared—. En las bacterias gram-negativas, en cambio, basta una o dos capas, situadas entre las dos membranas que caracterizan a este grupo. La proporción y el espesor del peptidoglicano son lo que se cuantifica cuando se realiza una tinción de Gram, y de ahí su valor diferencial.

Relevancia clínica del ácido N-acetilmurámico

La célula humana no sintetiza ni utiliza ácido N-acetilmurámico. Esa diferencia bioquímica —que la pared bacteriana exista y que los tejidos humanos no la posean— es la base de la selectividad de muchos agentes antibacterianos. Inhibir la síntesis o la integridad del peptidoglicano permite atacar a la bacteria sin lesionar las células del paciente.

Varios mecanismos actúan sobre el MurNAc o sobre el polímero que ayuda a construir. La fosfomicina inhibe la enzima MurA y bloquea la propia formación de UDP-MurNAc en el citoplasma. Los antibióticos β-lactámicos —entre ellos la penicilina y las cefalosporinas— se unen a las transpeptidasas que entrecruzan los pentapéptidos del MurNAc e impiden la maduración de la pared. La lisozima, que el ser humano segrega de manera natural en lágrimas y saliva, hidroliza el enlace β-1,4 entre N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico, rompiendo el esqueleto polisacarídico del peptidoglicano. Cada uno de estos mecanismos se desarrolla en su entrada correspondiente; lo que aquí importa es que todos comparten al ácido N-acetilmurámico, o a la red que lo contiene, como pieza diana.

Hay una excepción de interés clínico. Las clamidias carecen de ácido murámico en su pared; en consecuencia, ni los β-lactámicos ni los inhibidores de la síntesis del peptidoglicano tienen sobre ellas el efecto que cabría esperar. Su tratamiento se basa en otras familias de antibióticos, dirigidas a la síntesis proteica del microorganismo. La observación no es una curiosidad académica: explica por qué la elección empírica frente a una clamidiasis no se rige por los mismos criterios que frente a otras infecciones bacterianas.

Los fragmentos del peptidoglicano que contienen ácido N-acetilmurámico tienen, además, un papel propio en la inmunidad innata. El dipéptido muramyl (MDP) y otros péptidos derivados son reconocidos por receptores intracelulares como NOD2, que activan vías de señalización proinflamatorias. Esta línea de investigación —el uso de péptidos muramyl como adyuvantes vacunales o moduladores inmunitarios— es un campo abierto en inmunología y farmacología.

Preguntas frecuentes

¿Es lo mismo ácido murámico que ácido N-acetilmurámico?

Estrictamente no. El ácido murámico es el aminoazúcar libre, sin acetilar; el ácido N-acetilmurámico, abreviado MurNAc o NAM, es su forma con un grupo acetilo unido al átomo de nitrógeno. La forma que existe de modo natural en la pared bacteriana es la N-acetilada, y por eso en el uso habitual los dos términos suelen intercambiarse, especialmente en castellano. Cuando se exige precisión química, conviene distinguirlos.

¿De dónde viene el nombre «murámico»?

Del latín murus, «muro» o «muralla», en alusión a la localización del compuesto en la pared bacteriana. El nombre lo propuso R. E. Strange al aislar el aminoazúcar en 1956 y se ha mantenido sin cambios desde entonces. El término inglés, muramic acid, da origen también a las abreviaturas MurNAc y NAM, y a otros derivados léxicos como «muramidasa» (otra denominación de la lisozima) o «muropéptidos».

¿Por qué la penicilina no funciona contra las clamidias?

Porque las clamidias carecen de ácido murámico en su pared celular y no construyen un peptidoglicano funcional. Los β-lactámicos, incluida la penicilina, actúan inhibiendo las transpeptidasas que entrecruzan los pentapéptidos unidos al ácido N-acetilmurámico. Sin esa diana, no hay efecto antibacteriano relevante, y el tratamiento de las clamidiasis debe basarse en antibióticos con otro mecanismo de acción.

¿El ácido acetilmurámico se encuentra en el cuerpo humano?

El ácido N-acetilmurámico es de origen exclusivamente bacteriano: las células humanas no disponen de las enzimas que lo sintetizan. Lo que sí ocurre con frecuencia es que el organismo encuentre el compuesto procedente de la microbiota o de bacterias degradadas, y lo reconozca a través de los receptores de la inmunidad innata. Esa exposición continua a fragmentos bacterianos forma parte de la educación inmunológica fisiológica del huésped.

¿Cuál es la relación entre el ácido N-acetilmurámico y la lisozima?

La lisozima es una enzima que hidroliza el enlace β-1,4 entre la N-acetilglucosamina y el ácido N-acetilmurámico del peptidoglicano. Al romperlo, fragmenta el esqueleto polisacarídico de la pared bacteriana y desestabiliza la célula. De ahí que la enzima también se conozca como muramidasa. Está presente en las secreciones humanas —lágrimas, saliva, mucosas— y representa una primera línea de defensa frente a varios tipos de bacterias.

Referencias

1. Strange RE, Dark FA. A cell-wall component in vegetative bacteria isolated from spores of Bacillus megatherium. Nature 177, 186–188 (1956).
2. ScienceDirect Topics. N-Acetylmuramic Acid: an overview. Compendio técnico de química y bioquímica.
3. Sigma-Aldrich (Merck). Peptidoglycan structure and biosynthesis.
4. Bermúdez-Humarán LG, et al. Lisozimas: características, mecanismo de acción y aplicaciones tecnológicas en el control de microorganismos patógenos. TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, vol. 23 (2020).