PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM POSITIVAS Y GRAM NEGATIVAS

1. FIFIOLOGIAY GENETICABACTERIANA
CÉLULA BACTERIANA
Dr. AlvinFox
ProfessorEmeritus
Universityof SouthCarolinaSchool of Medicine
Procariontes y eucariontes
Las bacteriasverdaderas(lascualesincluyentodaslasbacteriasque infectanal hombre) son
miembrosde unreino(Eubacteria,bacteriasverdaderas).Porotraparte,otro grupo de
microorganismosamenudoencontradoenambientesextremos,formaunsegundoreino(las
archaebacteria, Archaea).Morfológicamente,losorganismosde losdosreinosparecensimilares,
sobre todopor la ausenciade unnúcleoy por tantoestánclasificadoscomoprocariontes.Sin
embargo,presentanentre ellosgrandesdiferenciasbioquímicas.Lamayoríade los Archaea vive
enlosambientestalescomofuentessulfurosasde aguacaliente dondeexperimentan
temperaturastanaltascomo de 80°C y pH de 2, a estosse lesllamatermoacidófilos.Otros
viven enmediosambientesque contienenmetano(metanógenos) oresistenaltas
concentracionesde sal (halófilosextremos).
Archaea
Con base ensus secuenciasde ADN,parece que el reinoArchaeayloseucariontesdivirgieron
del Eubacteria,antesde haberdivergidoentre ellos(Figura1a) y de algunamanera,
lasArchaea son bioquímicamente másparecidasaloseucariontes,que loque puedanparecerse a
lasEubacteria.Por ejemplo,laRNA polimerasade las Archaea esuncomplejo,entérminosdel
númerode subunidades,comolosonlaspolimerasasnucleareseucariontesyexisteconsiderable
homologíacon algunassubunidadesde los eucariontes.Laestructuradel promotordel gende
lasArchaea estambiénmasparecidaa las de loseucariontes,que alasde las Eubacteria.Aunque
como lasEubacteria,lasArchaea presentanoperonesytranscribenmRNA policistrónico.
También existe similitudentre losfactoresde lasíntesisde proteínasde las Archaea ylos
eucariontes,sugiriendoque losmecanismosde síntesisde proteínasde loseucariontesengeneral
y el Archaea puedansersimilares.LosrRNAs16s de las Eubacteria y de las Archaea sonbastante
diferentesanivel de susecuenciade nucleótidos.
Las eubacterias(conexcepciónde losgéneros Mycoplasma yChlamydia) poseenpeptidoglicano
(sinónimos:mureína,mucopéptido,esqueletode paredcelular).El peptidoglicano,contiene un
azúcar únicoel ácido murámicoque nose encuentraenotrosorganismosenlanaturaleza.Por
otra parte,las Archaebacteria contienenpseudomureína,que esdiferente ensuestructurade la
mureínaeubacteriana.
En vistadel númerocreciente de similitudes entre las Archaea yloseucariontes,el
términoArchaebacteria yacasi no se utilizaya todas lasotras formascelularesde vida(que
incluyenlasplantas,animalesyhongos),se lesllamaneucariontes.

2. Los miembrosde las Archaea nosonpatógenosde humanosyno se discutirán.
Semejanzasentre Archaea y los eucariontes
Eubacteria Archaea Eucariontes
Núcleo No No
Sí: limitadopor
membrana
Nucleosomes/histones No Sí Sí
Operones/RNAs
policistrónicos
Sí Sí Sí
Intrones No No Sí
Proteínade unióna la
caja de TATA
No Sí Sí
Organelos No No
Sí: mitocondria,
lisosomas,retículo
endoplásmicoetc.
Cromosomas Uno Circular Uno Circular Más de uno
RNA Polimerasa Una (simple)
Más de una
(complejo)
Más de una
(complejo)
Aminoácidoiniciador
de proteínas
N-formil metionina Metionina Metionina
Sensibilidadde la
síntesisde proteínas
ante la toxinadiftérica
Insensible Sensible Sensible
Peptidoglucanos Sí No No
Síntesisde proteínas
Los
 factoresde iniciación
 proteínasribosomales
 factoresde alargamiento
Los de los Archaea se asemejanmasa loseucariontesque lo
que se asemejanconlaseubacterias.
Diferenciasentre procarióntesy eucariontes
La célulade losprocarióntes,encontraste conlacélulaeucariónte,noescompartamentalizada.
No estánpresentes,membranasnucleares,ni mitocondria,ni retículoendoplásmico,ni aparatode

3. Golgi,ni fagosomaso lisosomas.(Figura1b,2 y 3). Los procarióntesgeneralmente poseenunsólo
cromosomacircular.Debidoa que no haymembrananuclear,el cromosomaestáunidoa unsitio
específicoenlamembranacelular - el mesosoma.Losribosomasprocarióntesson70S(S
representalaunidadde Svedberg,unamedidade tamaño),mientrasque ribosomaseucariontes
son másgrandes(80S). Las subunidadesribosomalesprocariontesson30Sy 50S (enlos
eucariontessonmásgrandes).Lasubunidad ribosomal 30Scontiene RNA 16S, mientrasque la
subunidadribosomal 50S contiene 23Sy 5S. El RNA ribosomal esmayorenloseucariontes(por
ejemplo.rRNA 18Scontra 16S). Las membranasbacterianasgeneralmentenocontienenesteroles
(porej.,colesterol).
Estructuras Bacterianas
A pesarde que comparadas con loseucariontes,estascarecende complejidad,se puedendefinir
estructuras eubacteriales,aunque notodaslas bacteriasposeencadaunode estoscomponentes.
Plásmidos
Estas sonmoléculasde DNA extracromosomal,presentesgeneralmenteenmúltiplescopias,que a
menudocodificanparafactoresde patogenicidadyfactoresde resistenciaaantibióticos.Algunas
formastambiénestánrelacionadasconlareplicaciónbacteriana.
La envolturacelular
Las bacteriasse puedendividirendosgrupossobre lasbasesde su tinciónde Gram. Las bacterias
gram positivasse quedanteñidasconcristal violetadespuésde lavar ylasgram negativasno.
Todas lasbacteriastienenunamembranacelulardonde ocurre lafosforilaciónoxidativa(yaque
no tienenmitocondrias).Al exteriorde lamembranacelular,estálaparedcelular,lacual es rígida
y protege a lacélulade la lisiscelular.Enlasbacteriasgrampositivas,lacapade peptidoglicanode
su paredcelularesunacapa muchomás gruesaque enlas bacteriasgram negativas.Lasbacterias
gram negativastienenunamembranaexternaadicional.Lamembranaexternaeslabarreramás
importante de permeabilidadenlasbacteriasgramnegativas.El espacioentre lasmembranas
internayexternase conoce como espacioperiplásmico.Enel espacioperiplásmicolasbacterias
Gram negativasalmacenanenzimasdegradativas.LasbacteriasGram positivascarecende espacio
periplásmico;ensulugarsecretanexo-enzimasyrealizandigestiónextracelular.Estadigestiónes
necesariayaque moléculasmasbiengrandesnopuedenpasarfácilmente atravésde la
membranaexterna(si estápresente) ola membranacelular.
Formas Bacterianas libresde pared
Cuandolasbacteriasse tratan 1) con enzimaslíticasque degradanlaparedcelular,porejemplo:
lisozimao2) con antibióticosque interfierenconlabiosíntesisde peptidoglicanos,se producen
bacteriaslibresde paredcelular.Generalmente estostratamientosgeneranorganismosno
viables,peroque sonútilesenlaexperimentación in vitro.A las bacteriaslibresde paredque no
puedenreplicarse lesllamaesferoplastos(cuandolamembrana externaaúnestapresente) o

4. protoplastos(si lamembranaexternayanoestápresente).Ocasionalmente estostratamientos
generanformasde bacteriaslibresde paredque puedenreplicar(lasformasL).
Flagelos
Algunasespeciesbacterianassonmóvilesy poseenorganelosde locomoción –losflagelos(Figura
4), aquellasque lostienensoncapacesde sentirsuambiente yresponderanutrientesquímicoso
materialestóxicosymuevenhaciaellosose alejande ellos(porel fenómenollamado
quimiotáxis).Los flagelosestánembebidosenlamembranacelular,yse extiendenatravésde la
envolturacelularproyectándosecomolargascadenas.Losflagelosconsistende unnúmerode
proteínasque incluyenlaflagelina.Losflagelosmuevenalacélulamediante rotaciónporuna
acción tipopropela.Losfilamentosaxialesenlasespiroquetastienenunafunciónsimilaralos
flagelos.Lasproteínasde uniónenel espacioperiplásmicooenla membranade célulase unena
fuentesde alimento(tal comoazúcaresyaminoácidos) causandometilaciónde otrasproteínas
celularesde membrana,lascualesasuvezafectanel movimientode lacélulaporel flagelo.Las
permeasassonproteínasque transportanestosalimentosatravésde la membranacelular.Las
fuentesde carbonoyenergíapuedenseralmacenadascuandoseanecesarioen“gránulos
citoplásmicos”loscualesconsistende glicógeno,polihidroxibutiratoopolifosfato.
Pili (sinónimo:fimbrias)
Los tiposde pili (cuandoestánpresentes) varíanentre lasespecies.Lospili son proyeccionestipo
fibrosode lascélulas(Figura5).Algunosestánrelacionadosconlaconjugaciónsexual yotros
permitenlaadherenciade labacteriaalas superficiesepitelialesdel huéspedque infecta.
Cápsulas y laminas viscosas(Figura 6)
Se trata de estructurasque rodeanel exteriorde laenvolturacelular.Cuándose venmásdefinidas
nos referimosaellascomolacápsula.Cuandose observanmenosdefinidas,nosreferimosaellas
como láminaviscosaoglicocalix.Estasestructurasusualmente consistende polisacáridos;sin
embargo,enciertosbacilos,estáncompuestasde unpolipéptido(elácidopoliglutámico).Estas
estructurasno sonesencialesala viabilidadcelularyenalgunasespecieshabrácepasque
produciráncápsula,mientrasque otras no.Las cápsulasde las bacteriasinhibenlaingestióny
muerte producidaporlosfagocitos.Durante el cultivo in vitro la síntesisde lacápsula a menudose
pierde.
Endosporas (esporas)
Estas sonformas latentesde célulasbacterianasproducidasporciertasbacteriasencondiciones
de ayuno(Figura7); las formasde crecimientoactivode lacélulase llamancélulasvegetativas.La
esporaesresistente acondicionesadversas(incluyendotemperaturasaltasysolventesorgánicos).
El citoplasmade laesporaesdeshidratadoycontiene dipicolinatode calcio(ácidodipicolínico)
(Figura8) el cual está relacionadoconlaresistenciade laesporaal calor extremo.Lasesporasse
encuentrancomúnmenteenlosgéneros Bacillus yClostridium.
PAREDES DE LAS EUBACTERIAS

5. Consistenenunesqueleto
macromolecularrígido,
llamadopeptidoglucano(=
mucopéptidoo mureína),que
enGram-positivasse
encuentrainmersoenuna
matriz aniónica de polímeros
azucarados;
y enGram-negativas
estárodeada por una
membrana externa,e inmersa
en un espacioperiplásmico.
Comenzaremosabordandoesamacroléculatanpeculiarllamadapeptidoglucano,paradespués
estudiarglobalmente yporseparado laparedde Gram-positivasyGram-negativas,conalgunas
variantesque se puedenpresentar.
2.1 EL PEPTIDOGLUCANO:COMPOSICIÓNQUÍMICAY ESTRUCTURA
En lasbacteriasGram-positivasel peptidoglucano representael componente mayoritariode
la paredcelular(50-80% enpeso),mientrasque enGram-negativassuponesólodel 1al 10%.
2.1.1 COMPOSICIÓNQUÍMICAY ESTRUCTURA BÁSICAS DEL PEPTIDOGLUCANO
Está formadopor repeticionesde unaunidaddisacarídicafundamental unidaasu veza un
tetrapéptido.Distintascadenas(formadasporel esqueletode azúcares) se unenentre sípor
determinadosenlacespeptídicosentretetrapétidosde cadenasdiferentes.Veamostodoelloen
su concreciónquímica:
La unidaddisacarídica repetitiva:consiste en N-acetilglucosamina(NAG) unidaporenlace ß(1à4)
a N-acetilmurámico(NAM).Obsérvese que el NAMesel 3-O-D-lactil-éterde laNAG(osea,se
derivade unirel ácidoD-lácticocon el OH del C-3 de la NAG).
Las distintasunidadesdisacarídicasse vanuniendoentre síporenlacesß(1à4) entre el NAM
de una unidady laNAG de la siguiente.Este enlace essusceptible alarotura catalizadaporel
enzimalisozima.El númerode repeticiones(n) puede oscilarentre 10y 100.
La cadena tetrapeptídica:Desde el grupocarboxilode cadaácido NAM,y mediante unenlace
amido,se encuentraunidoel tetrapéptido.Untetrapéptidotípicode muchasbacteriases:
L-alanina---D-glutámico---meso-diaminopimélico---D-alanina
Obsérvese laalternanciade aminoácidosDyL enel tetrapéptido.

6. La estructura global: Las distintascadenaspolisacarídicas,consusrespectivostetrapéptidos,se
unenentre sí por mediode puentesoenlacespeptídicos,entreunaminoácidode unacadena(p.
ej.,el aminoácidonº3,comoel meso-DAPdel ejemplo) yotroaminoácidode unacadena
adyacente (laD-alaterminal).De este modo,laestructuraglobal es unasolamacromolécula
gigante que envuelve al protoplasto,formandoun sáculorígido,a modode tejidocontinuo,que
tiene el volumenylaformade la bacteriarespectiva.

7. En bacteriasGram-negativaseste sáculoestáformadoporunasolacapa (o unaspocas) de
cadenasde PG.
En Gram-positivasexistenvariascapas(hayvarios nivelesde PG).
A continuacióndescribiremosporseparadoel PGde Gram-positivasyGram-negativas,
dandoindicacionesde susprincipalesvariantes.
2.1.2 EL PEPTIDOGLUCANODE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
En la mayorparte de Gram-negativasel peptidoglucanocorresponde alacomposicióny
estructuraque acabamos de describir.Sinembargo,enlasespiroquetas,el diaminoácidoen
posición3,en vezde sermeso-DAP,estásustituidoporlaL-ornitina(que tambiénesun
diaminoácido).
El enlace entre cadenaspolisacarídicasse realizanormalmentemediante uniónpeptídica
directa entre el grupo carboxilode la D-ala terminal y el grupo e-aminodel meso-DAP.Ahora
bien,eneste enlace participansolamente el 50% de lostetrapéptidos.Losdemáspéptidosno
participanenenlaces,yentre estosúltimosse encuentraninclusodipéptidosytripéptidos.
El resultadoesunacapa simple de PG (de 1 nm de espesor),amodode mallafloja,ycon
grandesporos(los“huecos”dejados porlaszonas donde nohayenlace peptídicos).Elloexplicael
comportamientode lasbacteriasGram-negativasenlatinciónde Gram:al añadirel alcohol,se
produce una deshidrataciónque tiendeacontraerla estructuradel PG,perolos porossongrandes
y por ellossale el primercolorante(el violetade genciana).El ulteriortratamientode la
preparaciónconel colorante de contraste (fuchsinaosafranina) tiñe aestasbacteriasde rojo.
2.1.3 EL PEPTIDOGLUCANODE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS
Es más variadoque el de Gram-negativas,sobre todoenfunciónde ciertas variantesenla
composicióndel tetrapéptido y del tipo de enlacesentre los tetrapéptidos.
Variantes encomposicióndel tetrapéptido:
En bacterias Corineformes:
el grupo-CO- en a del D-glu(2) puede estaramidadoounidoa una glicina(Gly);
el aa (1) puede serGlyo L-Ser,enlugar de la L-ala;
el hidroxiloen6del NAMpuede estaracetilado,loque hace que el PG de estasbacterias
searesistente alalisozima.
Muchas bacterias Gram-positivascarecende meso-DAP(3),yensu lugarpuede existir:
LL-DAP
L-diaminobutírico(DAB)
L-lisina
L-homoserina
L-ornitina

8. Modalidadesde unionesinterpeptídicas:
enlace directoentre laD-ala(4) y el -NH2 libre del diaminoácidoen(3)
enlace D-ala(4)--X--diaminoácido(3),donde Xrepresentaunpuente,que puede consistiren:
un solo aminoácido: L-ala,o D-iso-Asn
un péptidocorto:
{L-ala--L-ala}
{L-ala}3
{L-ala}3 -- L-ornitina
{Gly}5
enlace D-ala(4) ---{mismotetrapéptido}---diaminoácido(3)
enlace entre D-ala(4) yel D-glu(2) (ynoel aa en3), por mediode unpéptidoenel que debe
de existirobligatoriamenteundiaminoácido(p.ej.,D-lys,D-ornitina).
Desde el puntode vistaestructural,el PGde Gram-positivasse caracterizaporla existencia
de múltiplescapas,existiendoentrecruzamientostantoentre cadenasadyacentesenel mismo
nivel comoentre nivelesdistintos.El resultadoesuna redtridimensional gruesa(hasta50 capas
enalgunos Bacillus),y más compacta que enGram-negativas.De todasformas,el gradode
compacidadvaría entre especies,ydepende de:
nº de NAMque contengantetrapétidosque participenenentrecruzamientos;
longituddel puentepeptídico
Ellocondicionaasu vezla intensidadde lagram-positividadenlatinciónde Gram.
2.2 RELACIONES ENTRE ESTRUCTURA Y FUNCIÓNENEL PEPTIDOGLUCANO
La arquitecturamoleculardel sáculode mureína estáaúnsujetaa debate.Sinembargo,uno
de losmodelosrecientesmásaceptadose podría resumirde lasiguiente manera:
Los resultadosde difracciónde rayosXparecenindicarque lasunidadesdisacarídicasde las
cadenasestángiradasunas respecto de otras,formandounaestructurahelicoidal de orden4o
5. A resultasde ello,lospéptidosprotruyenalternativamente:haciaarriba,ala izquierda,hacia
abajo,a la derecha,yvueltaa empezar,etc.Esta organizaciónpermiteque unacadenade PG se
puedaunircon cadenascercanas de su mismonivel,asícomocon cadenaspor encimaypor
debajode sunivel,formandounperfectoentramadotridimensional (al menosenlasGram-
positivas).
La orientaciónde lascadenasazucaradasenrelaciónconla superficiecelularaúnestádebatida.
Parece que se disponencasi paralelasalasuperficie celular,conunatendenciaaunaforma
espiral porencimade la membranacitoplásmica.Si consideramosunabacteriade forma
bacilar,estaespiral cerradase dispone siguiendoel perímetrocircular(ynosiguiendoel eje
longitudinal).Losgrupostetrapeptídicossalenperpendicularmente de losNAM,ensentido
vertical haciala membrana.Sinembargo,cuandodostetrapétidosde unnivelse unenentre sí,
formanun puente casi horizontal,formandoángulosde unos90o
repectode losesqueletos
carbonados,y siguiendoel eje longitudinal de lacélula.

9. Esta estructuraconfiere unaserie de importantespropiedades:
1) Gran rigidez,que contrarrestalasfuerzasosmóticasaque está sometidoel protoplasto
(aguantapresionesde unas5 a 15 atmósferas).Estarigidezdepende de:
a) el grado de entrecruzamiento;
b) el hechode que el enlace ß(1à 4) es muy compacto. La alternanciaregularentre anillos
piranósicosde NAGy de NAMgenera unode los polisacáridosmás estables desde el
puntode vistatermodinámico,que recuerdaensu“estilo”alaquitinaya la celulosa;
c) laalternanciaenel tetrapéptido,de aminoácidosenconfiguracionesD y L supone una
factor adicional que confiere aúnmásfuerzaestructural,yademáspermite que todaslas
cadenaslateralesde estosaminoácidosse disponganhaciael mismolado,facilitandola
formaciónde puentesde H.
2) Pero,al mismotiempo,laestructurapermite una notable flexibilidad.Ellocolabora,junto
con su rigidez,asoportarvariacionesampliasde latensiónosmóticadel protoplasto.
3) Condicionala forma celular.Aunque laquímicadel PG, por sí misma,no determinalaforma,
essu disposiciónespacial laresponsableprincipalde estaforma.
2.3 OTROS COMPONENTESDE LA PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS:LA
MATRIZ
Comoya dijimos,el PGde lasbacteriasGram-positivasse encuentrainmersoenunamatriz,
que puede representarhastael 50% del pesode la paredcelular,yque estáconstituidaporlargos
polímerosdenominados ácidosteicoicos,pudiendoexistirtambién(oensulugar) los ácidos
teicurónicosy loslipoteicoicos.Estoscomponenteslleganasobresalirde lasuperficie celulary
suministranespecificidadantigénica.

10. Ácidosteicoicos:
Están presentesenmuchasbacteriasGram-positivas,peronoentodas.Sonpolímerosde
hasta 30 unidadesde glicerol-fosfatooribitol-fosfato,unidasentre síporenlacesfosfodiéster,en
losque la mayoría de losgrupos -OHestánsustituidospor-H,azúcares,aminoazúcaresoD-
alanina.
Los ácidosteicoicosestánunidoscovalentemente al peptidoglucano,concretamente al -OH
enposición6 del NAM,a travésde una unidadde enlace,variablesegúnlasespecies.(Por
ejemplo, enunaespecie de Micrococcus,el elementode enlace consisteen{glicerol-P}3 --NAG-P).
Ácidosteicurónicos:
CiertasbacteriasGram-positivas,cuandose sometenaun régimende limitaciónde fosfato
son incapacesde sintetizarácidosteicoicos,peroensulugarproducenácidosteicurónicos.Los
teicurónicosconsistenenpolímerosaniónicosformadosporlaalternanciade ácidosurónicos(que
tienengrupos -COOHlibres)yaminozúcarescomolaN-acetil-galactosamina.
Ácidoslipoteicoicos:
Están presentesentodaslasbacteriasGram-positivas,aunencondicionesde carenciade
fosfato.Se trata simplementede ácidosglicerol-teicoicosque se encuentranunidosa la
membrana citoplásmica, concretamente se unenporenlace fosfodiésterconglucolípidosde
membrana,mientrasque el otroextremode lacadenaquedaexpuestoal exterior.
En Streptococcuspyogenes lascadenasde lipoteicoicosse encuentranasociadasconla
llamadaproteínaM, originandounamicrofibrillasque sobresalennotablementehaciael exterior
celular(observablesamicroscopioelectrónico),yque facilitanlauniónalascélulasde animales en
que parasitanestasbacterias.
Funcionesde los polímerosde la matriz:
Parece serque su papel principal essuministrarunacarga netanegativaa la paredcelular,lo
que permite captarcationesdivalentes(p.ej.,Mg++
), que a su vezse necesitanparamuchas
actividadesenzimáticasde lamembranacitoplásmicaodel espacioperiplásmico,que participan
de la morfogénesisydivisiónde laparedcelular.
Comoya dijimos,losácidosteicoicosyteicurónicossonbuenosantígenos.Cuandonoestán
cubiertosporestructurasmás externas(comocápsulas),constituyenel antígenosomáticoOde
las bacterias Gram-positivas.
Finalmente,enalgunasbacterias,sumistran,juntoconel PG,receptoresespecíficosparala
adsorciónde ciertosbacteriófagos.
2.4 PARED CELULAR DE LAS BACTERIAS ÁCIDO ALCOHOL RESISTENTES
DeterminadasbacteriasGram-positivas(corineformes, Nocardia y,en
especial Mycobacterium) presentanunaparedcelularmuycompleja,con abundanciade
lípidos(algoexcepcional entre lasGram-positivas).

11. Estas bacteriasnose tiñenconloscolorantesnormales,perounavezque se hanteñidocon
fucsina(forzandomediante calentamientode lapreparación),tienenresistenciaadecolorarse por
una mezclade ácidoclorhídricoal 3% enetanol de 96o
. Por ellose denominancomo
bacteriasácido-alcohol resistentes.Estapropiedaddepende esencialmentede lapresencia,ensu
paredcelularde unoslípidosllamados ácidosmicólicos.
Químicamente,estaparedcelularconsiste enunesqueletoformadopordostiposde
polímeros,unidoscovalentemente entre sí:
un peptidoglucanoespecial (ladiferenciamásimportante esque envezde N-acetil murámico
existe N-glucolil-murámico);
un arabinogalactano de gran pesomolecular.
Ambospolímerosse encuentranenlazadosatravésde fosfodiésterentre unaunidadde
murámicoy una de lasarabinosas.Peroa su vez,este esqueletose une covalentementea
losácidos micólicos.
Los ácidosmicólicossonß-hidroxiácidosgrasosramificadosen a, cuya longitudde cadena
esgrande (desde C78 a C91 enMycobacterium).Estánunidosal esqueletode laP.C.de forma
uniforme,atravésde enlacesconlos -OH en5 de lasunidadesde arabinosa.
Por lotanto,el esqueletode laP.C.de estasbacteriasconsiste en:
peptidoglucano---arabinogalactano---ácidosmicólicos.
Peroaparte de este esqueletocomplejo,laP.C.de lasbacteriasácido-alcoholresistentesexhibe
una variedadde lípidos:
1) Glucolípidos:
a) Micolatos de trehalosa: dos unidadesde trehalosaunidasentre síporenlace a (1à1´), y
endonde losgrupos6 y 6´ estánunidosconácidosmicólicos.Constituyenel
llamadofactor de crecimientoen cuerdas,debidoaque son responsablesde la
agregaciónde losindividuosbacterianosenformade “cuerdas”.
b) Sulfolípidosde trehalosa:estánlocalizadosenlaperiferiade laP.C.,yparecenser
impartantes factoresde virulencia.En Mycobacteriumtuberculosis (el bacilode la
tuberculosis)estossulfolípidosde trehalosafuncionancomo evasinas,esdecir,facilitanel
que la bacteriaescape a laacción de losmacrófagosinhibiendolafusióndel fagosomacon
el lisosoma,locual puede explicarel hechode que estosmicroorganismostenganéxito
como parásitosintracelulares.
c) Micósidos:Localizadosenlaperiferia,consistenenlauniónporenlace ésterentre ácidos
micólicosyazúcares(incluyendoácidosurónicos,desoxiosas,aminozúcares,etc.).
2) Ceras: Uniónde ácidosmicólicosconftioceroles(alcoholesramificadosde altopeso
molecular:C30 - C34).

12. El altocontenidoenlípidosconfiere unaserie de propiedades aestasbacterias(aparte de laácido-
alcohol resistenciayacitada):
aspectoy consistenciacéreade suscolonias;
crecenformandogrumosenmedioslíquidos;
gran impermeabilidadde laP.C.,que asu vezcondicionaunagran resistenciaaladesecacióny
gran resistenciaasustanciasantibacterianas(detergentes,oxidantes,ácidos,bases,etc).
2.5 LA PARED DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
La pared de lasbacteriasGram-negativasesestructuralmentemáscomplejaque lade
Gram-positivas,cosaque se puede comprobaral observaruncorte transversal al microscopio
electrónico:porencimade lamembranacitoplásmicayhastael exteriorse pueden apreciar5
capas, alternándose lasclaras(L2,L5) y lasoscuras (másdensasa loselectrones:L1,L3,L4).
La capa densaL4 corresponde al peptidoglucano(yaestudiado),que se encuentrainmerso
enla capa clara L5, que consiste enun espacio periplásmico,limitadoentre lamembrana
citoplásmicayunamembrana externa.La delgadacapa de peptidoglucanonoconstituye másdel
5-10% de la pared.A continuaciónestudiaremoslapeculiarmembranaexternade lasbacterias
Gram-negativasyel espacio periplásmico.
2.5.1 LA MEMBRANA EXTERNA DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
Se trata de una estructurade bicapalipídicaexclusivade lasbacteriasGram-negativas.
Comootras bicapaslipídicas,constade una doble capade lípidos,juntoconproteínasde matriz
(estasúltimasatravesandototal oparcialmentelabicapa).Porsupuesto,enlabicapalipídica,los
grupospolaresquedanhaciaafuera,mientrasque loshidrófobostiendenal interior.
Ahorabien,lacomposiciónquímicayla disposiciónde loselementosde estamembrana
externasonmuydistintosalosde una membranatípica:
la bicapaesaltamente asimétrica:
enla capa externaexiste un60%de proteínasy un 40% de una macromoléculaexclusivade
estamembranaexterna:el lipopolisacárido(LPS);
enla capa internano hayLPS, existiendofosfolípidos(FL),lipoproteínas(LPP)yotrasproteínas.
El conjuntoesunmosaicofluidoque permite el desplazamientolateral de losfosfolípidos,delLPS,
y de las proteínas,perono de laslipoproteínasunidascovalentementeal peptidoglucano.Sin
embargo,estafluidezesmenorque la de la membranacitoplásmica.
2.5.1.1 COMPOSICIÓNQUÍMICAY ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA EXTERNA
La membranaexternase encuentraunidaconel peptidoglucanosubyacente atravésde
distintoscomponentesytiposde enlaces:
enlacesiónicos,mediadosporcationesdivalentes,entredistintasproteínasde lamembrana
externayel PG;

13. enlaceshidrófobosentre fosfolípidosyproteínasde la capa interiorde lamembranaexterna
con el PG;
enlacescovalentesentre algunasmoléculasde lipoproteínayel PG.
Parece serque la membranaexternaestáencontactodirectocon la plasmáticaennumerosos
puntos,denominadoszonasde adhesión.Puede que se trate de regionesenlasque produzcauna
auténticafusiónentre estosdostiposde membrana,facilitandoquizáel transporte de ciertas
sustanciasdesde el exterioral interiorcelular.
Estudiaremosacontinuaciónloscomponentesde lamembranaexterna,aludiendoasu
composiciónquímica,estructurayfunciones.
2.5.1.1.1 Fosfolípidos(FL)
Se localizanenlaláminainternade lam. ext.La composiciónenfosfolípidosessimilarala
de la membranacitoplásmica,conunligeroenriquecimientoenfosfatidil-etanolamina.
2.5.1.1.2 Lipopolisacárido(LPS)
Se trata de una macromoléculaexclusivade laláminaexternade lamembranaexternade
bacteriasGram-negativas,responsable de muchasde laspropiedadesbiológicasde estas
bacterias.Se le conoce tambiénconel nombre de endotoxina(toxinatermoestable,nodifusible).
Se trata de un glucolípidocomplejo,que podemosconsiderarcompuestode tresregioneso
dominios:
lípidoA, que esla porciónmásproximal,yde carácter hidrofóbico;
regiónintermedia,llamadaoligosacáridomedular;
regióndistal (cadenalateral específica,polisacarídica) abase de repeticionesde unospocos
azúcares.Es de carácter hidrofílicoyconstituye el antígenosomáticoOde las 6bacterias Gram-
negativas.
i) El lípidoA:esta regiónesprácticamente idénticaentodaslasbacteriasGram-negativas.
Consiste enundisacáridoformadopordosunidadesde glucosaminaunidasporenlace ß(1à6),
perodonde todoslosgrupos -OH (menosuno) y -NH2 estánsustituidos(unidosaotrasmoléculas):
Obsérvese que
existen5(a veces6) ácidosgrasos, todosellossaturados,conpredominiode ß-hidroximirístico
(unácido grasoC14).
El -OH original en4´ estásustituidoporarabinosamina-fosfato.
El -OH en1 estásustituidoporfosforil-etanolamina(avecespirofosforil-etanolamina).
ii) El oligosacárido medular(tambiénllamado corazónonúcleo):se une al lípidoA a travésdel -
OH en 3´. Se puedenconsiderardosfracciones:
la fraccióndel núcleo interno,abase de dostiposde azúcaresexclusivosde Gram-negativas:2-
ceto-3-desoxioctónico(KDO) yL-glicero-D-manoheptosa(Hep).Algunade lasHepyalgunode
losKDO puedenasu vezestarunidosa fosforil-etanolamina(opirofosforil-etanolamina).Esta

14. regiónesmuy rica engrupos cargados, especialmente concarga negativa(de losfosfatosy
KDO).
La fraccióndel núcleoexternoestáconstituidaabase de hexosas(glucosa,galactosa,NAG,ya
vecesalgunashexosasmásraras).
iii) Cadenalateral específica:polisacáridorepetitivo,que se proyectahaciael exteriorcelular,y
que constituye el Agsomático O de bacteriasGram-negativas.Consiste enlarepetición(hasta40
veces) de unidadestri-,tetra- o pentasacarídicas (enestosdosúltimoscasosunode losazúcares
de cada repeticiónquedalateral respectodel esqueletolineal que formanlosdemás).
De todasestasregionesdel LPSlaúnica indispensable parala viabilidadesel lípidoA. Los
mutantesincapacesde sintetizarlascadenaslateralesoel oligosacáridomedulardancolonias
rugosasy estánafectadosendistintaspropiedadesbiológicas,peropuedensobrevivir.
PAPELES Y FUNCIONESDEL LPS
1. Papel estructural: el LPS esel componente esencial de lamembranaexterna. Laporción
hidrofóbica(lascadenasde ácidosgrasosdel lípidoA) se proyectanhaciael interiorde
estamembrana.Precisamenteeslaestructuradel lípidoA laprincipal responsable de la
menorfluidezde dichamembrana,yporlotanto de la mayorresistenciafísica.(Obsérvese
que,mientrascualquierfosfolípidotienedoscadenasde ácidograso,el lípidoA posee 5o
6, todas ellasunidasal mismodisacárido,generandounamoléculamás“masiva.”).
2. A su vez,lapropiedadanteriorhace que sea menossoluble a detergentesymás
resistente a disolventesorgánicos.
3. Es menos permeable amuchas moléculashidrofóbicas,incluyendoantibióticos,debido
a las largascadenaslateraleshidrofílicas.
4. Se une a cationesdivalentes(comoMg++
o Zn++
), lo que contribuye alamayor estabilidad
de la membranaexterna.Estapresenciade cationessuministraun ambiente adecuado
para muchas funcionesde la P.C. (Si añadimosunagente quelante comoel EDTA,o
eliminamosel Mg++
y lo sustituimosporCa++
, se produce la desorganizaciónde la
membranaexterna).
5. Comoya dijimos,el LPSconstituye la endotoxinade lasbacteriasGram-negativas.La
funcióncomoendotoxinase debe ala regióndel lípidoA.Suspropiedadescomo

15. endotoxinaestánenel origen de muchossíntomaspatológicospropiciadosporpatógenos
Gram-negativos:
a. pirogenicidad(inducciónde fiebre)
b. hipotensión
c. encasos graves,choque letal,porfallocardíaco
d. actividadnecróticade tejidos.
6. Peroigualmente,tieneefectosbeneficiosos:estimulaunaserie de mecanismos
defensivosdel hospedador,incluyendolaactivacióndel complemento,que puede
ocasionarla lisisde labacteria,mejoralaspropiedadesde losfagocitos,etc.Esdecir,a
pesardel nombre de endotoxina,el LPSnoesintrínsecamente tóxico,sinoque suefecto
depende de larespuestadel hospedador.El macrófagoeslacéluladel hospedador
principal responsable de lamediaciónde losefectosdelLPS,tantolospositivoscomolos
negativos.El macrófagoposee receptoresde membranaparadetectarel LPSbacteriano,y
enrespuestaa él,liberaunaserie de moléculasmediadoras(citoquinas) que actúanasu
vezsobre diversaspartesdel sistemainmunitario.De hecho,losefectosnegativosse
debenacomportamientosincontroladosdesencadenadosenel propiosistema
inmunitario.
7. El LPS,y concretamente lascadenaslateralesconstituyenel antígenosomáticoO,cuya
especificidadvienedeterminadaporlasecuenciarepetitivade azúcares.Estaporción
condicionalavirulenciade lasbacteriasGram-negativaspatógenas,porloque debe de ser
esencial enlainteracciónhospedador-parásito.
2.5.1.1.3 La lipoproteína(LPP,lipoproteínade Braun)
Su porciónpolipeptídicaesunapequeñaproteína(7.2kDa) muyabundante enla
membranaexterna,yeslaresponsable de launióncovalenteentre éstayel peptidoglucano.La
proteínatiene unaconfiguraciónmayoritariaen a-hélice,que atraviesael espacioperiplásmico,y
parece que se agrega formandotrímeros.Una de las LPPdel trímero (portérminomedio) se une
covalentementeconel peptidoglucano.
El aminoácidoN-terminalesunacisteínacuyogrupo sulfhidriloestáunidoporenlace
tioéteraun diglicérido,ycuyo grupoaminose une porenlace amidoconun ácido graso(p. ej.,
palmítico).De este modo,laporciónN-terminalde laLPP está embebidaenla lámina interna de
la membrana externa.
El aminoácidoC-terminal esunalisina.Unade cada tresmoléculasde LPPusaesta Lyspara
establecerunenlace peptídicoentre supropiogrupo -NH2 libre yel -COOHlibre del meso-DAPdel
PG. Por términomedio,porcadadiezunidadesdisacarídicasdelPG,existe unenlace covalente
con la LPP.

16. La principal (yprobablemente única) funciónde lalipopproteínaesmeramente estructural:
estabilizarel complejoentrepeptidoglucanoymembranaexterna.Estauniónestanfuerte que
permite aislarlamembranaexternayel peptidoglucanocomounaunidad.
2.5.1.1.4 Proteínasde la membrana externa
Están intercaladasenestamembrana,participandoenlaestabilizaciónde laarquitectura
tridimensional,interaccionandounasconotras y con loslípidos.Entre ellas,lasmásimportantes
son lasporinas.
Las porinas sonproteínasde unos35 kDa, que se agregan formando trímeroscon canales
interiores,yque atraviesanlamembranade parte aparte.Su funciónespermitirel pasode
sustanciasa travésde dichoscanalesinteriores,siempre que supesomolecularseacompatible
con el tamañode loscanales(suelensermoléculasentre 500 y 700 dalton).Enlas enterobacterias,
lasporinascolaboranenla protección contra lassalesbiliaresque existenenel ecosistema
intestinal dondepasanparte de suvida.
Existenotrasproteínasminoritariasparecidasaporinas,que actúancomo canales
específicosque permitenel pasode ciertasmoléculas:vitaminaB12,quelatosde Fe,nucleósidos,
maltodextrinas,etc.Algunasde ellassirvensimultáneamentecomoreceptoresde fagos.
2.5.1.2 PAPELES Y FUNCIONESDE LA MEMBRANA EXTERNA
1) Actúacomo tamiz molecular,que permite ladifusiónúnicamente de moléculas
relativamente pequeñas.Estosupone una protecciónfrente a muchos agentes
antibacterianos: colorantes,ácidosbiliares,antibióticos,enzimas(p.ej.,lalisozima,que
podría alcanzar y atacar al PG).Recuérdese que lasporinassólopermitenel pasode sustancias
hidrofílicaspordebajodel tamañoespecificadoporel diámetrode loscanales.
2) Condicionapropiedadesde superficie:
a) grado de humedad(humectabilidad)
b) adhesividad
c) carga eléctrica.
3) Es la estructuradonde se fijanlos componentesdel complemento (sistemadefensivode los
animales superioresque conduce alainserción,enlamembranaexterna,de unaserie de
proteínasllamadascomplejode ataque alamembrana,que agujereadichamembranay
ocasionala lisisde labacteria).
4) Ciertasproteínasycadenaslateralesdel LPSpuedenserlugaresde adsorción(receptores
específicos) de fagosybacteriocinas.
5) Puntode anclaje del anilloexterno(“L”) del corpúsculobasal de losflagelos.

17. 2.5.2 EL ESPACIOPERIPLÁSMICO
Entre la membranaexternaylamembrana citoplásmicaexiste uncompartimentoacuoso
bañandoal peptidoglucano,denominado periplasmaoespacioperiplásmico.El volumende este
compartimentopuede llegararepresentarun20-40% del volumencelulartotal.El contenidodel
periplasma(el “gel periplásmico”) incluye:
RNasa y fosfatasa,que digierenmoléculasque porsí mismasnopuedenpasaral citoplasma.
Penicilinasa:degradapenicilina,evitandodestrucciónde PG
proteínasde transporte de nutrientes(p.ej.,de maltosa)
proteínasde transporte de nutrientes(p.ej.,de maltosa)
proteínasde unióna estímulosquímicos.
En bacteriasdesnitrificantesyquimiolitoautotrofas,existenproteínasimplicadasenel
transporte de electrones.
El periplasmacumpleunafunciónde osmorregulación:El periplasmaesunasolución
densa,conalta concentraciónde macromoléculas,yque participaenlaregulaciónde la
osmolaridadcelularfrentealatonicidaddel medioexterior.Paraello,existeeneste espacio
periplásmicoun oligosacáridoderivadode la membrana citoplásmica(ODM, o segúnsusiniciales
inglesas,MDO),abase de 10 unidadesde ß-D-glucosa(unidasentre síporenlaces1à2) con
sustituyentesácidos.
En mediosde altaosmolaridad(porejemplo,enlosfluidoscorporales),disminuye la
concentracióndel oligosacárido.
En ambientesde bajaosmolaridad(p.ej.,aguasfecales),aumentamucholaconcentraciónde
dichamolécula.De este modo,lapresiónde turgordel protoplastose transmite contrael
peptidoglucano,que comosabemosya,eslaestructurade la paredcelular.que aguantalas
variacionesde presiónosmótica.
3 PAREDES DE LAS ARQUEAS
Aunque lasarqueaspuedencomportarse comoGram-positivasocomoGram-negativas,no
se suele aludiraestoeneste dominiode procariotas,yaque susparedestienenpocoque vercon
lasde eubacterias.Exceptuandoel género Thermoplasma,carente de paredcelular,lasdemás
arqueasposeen,porencimade lamembranacitoplásmica,algúntipode estructuraconfunciones
de pared celular.
En muchoscasos las funcionesde paredcelularsonejercidassimplementeporunacapa S
paracristalina(véase tema4),abase de disposiciónregularde subunidadesidénticasde una
proteínao glucoproteína(p.ej., Methanococcus,Methanogenium).Recuerdeque enciertas
arqueasde ambientesextremos,estacapaSestá estabilizadaporfactoresde esosambientes:
En el halófiloobligado Halobacterium lassubunidadesde glucoproteínase estabilizanporaltas
concentracionesde iónNa+
.En el termoacidófilo Sulfolobus laestabilidadlaconfierenlos
bajísimospH.
En Methanospirillum yenMethanothrix variascélulas,cadaunacon su capa S,se encuentran
englobadasporunavainacomún,a base de proteínasy carbohidratos,conuna estructuraa
base de anillosparalelos.

18. En Methanosarcina yHalococcus lacapa S se encuentrarodeadade metanocondroitina,un
polímeroa base de N-acetil-galactosamina,glucurónico,glucosaymanosa.(Esta
metanocondroitinaessimilaral condroitínsulfatopresente entejidoconjuntivode animales).
Finalmente,losmiembrosdel orden Methanobacteriales poseenunaparedde pseudomureína,
un extrañopeptidoglucanonobasadoenNAM.Consiste enunesqueletode unidades
repetitivasde NAGunidasporenlace ß(1à3) conN-acetil-talosaminourónico (NAT,unazúcar
exclusivode estosorganismos).El grupo -NH2 del NATva unidoa suvezcon un tetrapéptido,
peroen éste sóloparticipanaminoácidosde laserie L.Al igual que enlamureína de las
eubacterias,lasdiversascadenasse unenentre síporenlacespeptídicosentre el aminoácido
terminal (4) de un tetrapéptidoyel diaminoácido(3) de otracadena.