Peptidoglicano

Qué es el peptidoglicano

El peptidoglicano, también llamado mureína, es el heteropolímero que envuelve la membrana plasmática bacteriana y actúa como su principal soporte mecánico. El nombre mureína procede del latín murus (muro), en alusión directa a esa función de contención.

Peptidoglicano combina dos raíces griegas: peptós (cocido, digerido), la misma que da péptido y pepsina, y glykys (dulce), en referencia al componente de azúcares de la molécula. El sufijo -ano, de origen latino, expresa relación o pertenencia. La mitad glucídica justifica el nombre con bastante literalidad; la mitad «cocida» resulta menos evidente, aunque conecta con el origen fisiológico del término péptido en la digestión de las proteínas.

No es una proteína. Se trata de un compuesto exclusivo del mundo bacteriano, sin equivalente estructural en células animales o vegetales, lo que convierte su síntesis en una diana selectiva para numerosos antibióticos que no afectan a las células del organismo humano.

Estructura química

La molécula se organiza en dos partes complementarias. Una cadena de azúcares forma el esqueleto: unidades alternas de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico, unidas por enlaces glucosídicos de tipo beta 1,4. Sobre cada resto de ácido N-acetilmurámico se ancla una cadena corta de tres a cinco aminoácidos, entre los que suelen figurar la L-alanina, el ácido D-glutámico y, según la especie, ácido diaminopimélico o L-lisina, seguidos de dos residuos de D-alanina.

Esa alternancia de formas L y D es poco frecuente fuera de las bacterias, y constituye una de las señas de identidad bioquímicas del peptidoglicano. Las cadenas peptídicas de hebras vecinas se entrelazan entre sí mediante enlaces cruzados, en un proceso llamado transpeptidación. Cuanto mayor es el grado de entrecruzamiento, más rígida resulta la pared resultante.

Biosíntesis

Tres compartimentos celulares intervienen en su fabricación. En el citoplasma se ensamblan los precursores solubles: la uridina difosfato se une a los dos azúcares para formar UDP-NAG y UDP-NAM, a la que después se añade la cadena de aminoácidos.

Después, en la membrana, el precursor se transfiere a un lípido transportador llamado bactoprenol, que lo traslada hasta el exterior celular.

Dos tipos de enzimas completan el proceso ya fuera de la membrana: las glicosiltransferasas incorporan el nuevo disacárido a la cadena existente, y las transpeptidasas forman los enlaces cruzados entre péptidos vecinos. Estas últimas son la diana de los antibióticos betalactámicos y de los glucopéptidos, familias que interrumpen el ensamblaje final de la pared sin necesidad de penetrar en la célula.

Clasificación

En 1972, los microbiólogos Karl Heinz Schleifer y Otto Kandler publicaron una revisión sistemática de la composición química del peptidoglicano en varios cientos de especies bacterianas, y a partir de ella propusieron una clasificación que sigue empleándose hoy como criterio taxonómico auxiliar.

El criterio central es la naturaleza del entrecruzamiento: si el enlace cruzado conecta directamente dos cadenas peptídicas o lo hace a través de un puente de aminoácidos adicionales, y qué aminoácido ocupa la tercera posición de la cadena. Variaciones aparentemente menores como estas distinguen géneros bacterianos enteros, y ayudan a explicar por qué ciertos antibióticos resultan eficaces sobre unas especies y no sobre otras.

Diferencias entre bacterias grampositivas y gramnegativas

En las bacterias grampositivas, el peptidoglicano forma una capa gruesa, de 20 a 80 nanómetros, situada inmediatamente por fuera de la membrana plasmática y expuesta de forma directa al exterior. Puede llegar a constituir hasta el 90 % del peso seco de la pared.

Las bacterias gramnegativas reducen esa capa a una lámina mucho más delgada, de apenas 2 a 3 nanómetros, alojada en el espacio periplásmico entre dos membranas y protegida por una envoltura externa de lipopolisacárido.

Esta diferencia de grosor explica el fundamento físico de la tinción de Gram, descrita por el bacteriólogo danés Hans Christian Gram en 1884: la pared gruesa y compacta de las grampositivas retiene el complejo de cristal violeta y yodo, mientras que la pared fina de las gramnegativas lo deja escapar durante la decoloración con alcohol.

El peptidoglicano en otros dominios de la vida

Fuera del mundo bacteriano, la pared celular se construye con otros materiales: quitina en los hongos, celulosa en las plantas. Los animales carecen de pared celular por completo.

Entre las arqueas, la situación es más matizada de lo que suelen recoger los manuales. La mayoría de las especies conocidas prescinde por completo del peptidoglicano y recurre a otros polímeros, entre ellos el pseudopeptidoglicano o pseudomureína, que sustituye el ácido N-acetilmurámico por ácido N-acetiltalosaminurónico y cambia el tipo de enlace glucosídico (de beta 1,4 a beta 1,3). Ese cambio basta para volver la molécula insensible a la lisozima.

Una revisión publicada en 2024 recuerda, sin embargo, que algunas arqueas metanógenas de las clases Methanobacteria y Methanopyri conservan una pared con peptidoglicano genuino, tal como ya había establecido Otto Kandler hace más de cuatro décadas. La idea de que el dominio Archaea carece por completo de esta molécula es, en sentido estricto, una simplificación bastante extendida en la bibliografía divulgativa.

Dentro de las propias bacterias hay excepciones. Las especies del género Mycoplasma carecen de pared celular y, con ella, de peptidoglicano, una peculiaridad que las hace naturalmente resistentes a la penicilina. El caso de Chlamydia trachomatis es más singular todavía, y se aborda con más detalle en las preguntas frecuentes.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre peptidoglicano?

De dos raíces griegas, peptós (cocido, digerido) y glykys (dulce), unidas al sufijo latino -ano. El nombre alude a su doble naturaleza química, mitad azúcar y mitad péptido.

¿Es lo mismo que la mureína?

Sí. Mureína es el nombre alternativo, y ambos términos designan la misma molécula.

¿Todas las bacterias tienen peptidoglicano?

La inmensa mayoría, pero no todas. Las especies del género Mycoplasma carecen por completo de pared celular. Chlamydia trachomatis plantea un caso distinto: posee los genes necesarios para fabricar peptidoglicano y es sensible a antibióticos que actúan sobre esta molécula, pero durante décadas nadie logró detectarla en sus células, una paradoja que el microbiólogo James Moulder bautizó como «anomalía clamidial». Estudios de marcaje metabólico publicados en 2014 resolvieron el enigma: Chlamydia sí produce peptidoglicano, aunque en una banda estrecha limitada al plano de división celular, y no en forma de saco completo como el resto de las bacterias.

¿Puede el peptidoglicano activar el sistema inmunitario?

Sí. Los fragmentos de peptidoglicano liberados durante el crecimiento o la destrucción de una bacteria son reconocidos por receptores del sistema inmunitario innato, entre ellos NOD1 y NOD2, que desencadenan una respuesta inflamatoria. Este mecanismo forma parte de la vigilancia inmunitaria frente a bacterias, incluidas las que ya no están vivas.

Referencias

1. Structure. Medical Microbiology, 4th edition. NCBI Bookshelf, National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine (NIH).
2. Gram-Positive Bacteria. StatPearls. NCBI Bookshelf, National Library of Medicine (NIH).
3. Schleifer KH, Kandler O. Peptidoglycan types of bacterial cell walls and their taxonomic implications. Bacteriological Reviews, 36(4), 1972.
4. Liechti GW, et al. A new metabolic cell-wall labelling method reveals peptidoglycan in Chlamydia trachomatis. Nature, 506, 2014.
5. Mukhopadhyay B. A reminder: peptidoglycan cell walls indeed occur in the archaeal domain. Frontiers in Microbiology, 2024. PMC, National Library of Medicine (NIH).