Il peptidoglicano (P), chiamato anche mureina, è una macromolecola, un polimero forte ed elastico formato da zuccheri e aminoacidi. Precisamente il P è costituito da due derivati del glucosio, N-acetilglucosamina (NAG) e acido N-acetilmuramico (NAM), alternati in lunghe catene. Le catene sono reticolate tra loro da un tetrapeptide che si estende tra le unità NAM, consentendo la formazione di una struttura reticolare tridimensionale. Il legame fra i monomeri di P sono formati dagli enzimi transpeptidasi, detti anche PBPs, Protein Binding penicilin. Le PBP condividono un’attività peptidasica comune, un’attività carbossipeptidasica che induce idrolisi con rilascio del peptide accorciato, un’attività transpeptidasica con formazione di legami crociati con un secondo peptide del peptidoglicano chiamato filamento accettore e un’attività endopeptidasica con scissione all’interno delle catene polipeptiche e riduzione delle proteine in peptidi più piccoli. L’affinità delle peptidasi alle penicilline permette a queste ultime di esercitare un’azione battericida bloccando tutte le attività peptidasi dipendenti quindi la sintesi dei monomeri di P, la rimozione dei monomeri usurati e la polimerizzazione dei monomeri in peptidoglicano.
I quattro amminoacidi che compongono il tetrapeptide sono: L-alanina, D-glutammina, L-lisina o acido meso-diamminopimelico (DPA) e D-alanina.
Il peptidoglicano forma uno strato molto resistente attorno alla membrana citoplasmatica batterica come un’impalcatura a rete, un sacculo, conferendo elasticità e resistenza strutturale alla cellula batterica che le consente di sopportare la pressione osmotica del citoplasma fino a 25 atm. Il citoplasma del batterio è solitamente ipertonico rispetto all’ambiente circostante e il flusso netto di acqua libera avviene all’interno del batterio. Senza una parete cellulare robusta, il batterio esploderebbe a causa della pressione osmotica dell’acqua che fluisce nella cellula. Pur essendo molto resistente, il P ha sufficiente plasticità e turnover dinamico per consentire la crescita e la divisione cellulare. Possono espandersi e contrarsi reversibilmente fino a tre volte senza rompersi.
Il peptidoglicano inoltre funge da impalcatura per l’ancoraggio di altri componenti dell’involucro cellulare come proteine (fibronectina, adesine) e acidi teicoici.
La sintesi del peptidoglicano è vitale in diverse fasi del ciclo cellulare batterico: per l’espansione dell’impalcatura durante l’allungamento cellulare e per la formazione di un setto durante la divisione cellulare. Il P viene sintetizzato nel citoplasma batterico e quindi i monomeri di P. vengono trasportati alla superficie periplasmatica esterna della membrana dai bactoprenoli attraverso la membrana citoplasmatica e interagiscono con gli enzimi leganti i monomeri (transpeptidasi) per inserire i nuovi monomeri nel peptidoglicano (cross-linking) esistente dove la nuova unità di peptidoglicano si integra nella matrice della parete cellulare consentendo la crescita batterica a seguito di scissione binaria.
La degradazione del peptidoglicano è catalizzata da glicosidasi, peptidasi, amidasi e enzimi lisanti come il lisozima.
Specifici composti antibatterici che contengono una struttura β-lattamica, come la penicillina, competono recettorialmente con le transpeptidasi (enzimi addetti a reticolare fra di loro i monomeri di peptodiglicano) e di conseguenza impediscono l’assemblaggio degli strati di peptidoglicano conducendo la parete batterica alla disgregazione strutturale. Senza la protezione del peptodiglicano la cellula batterica è condannata ad esplodere sotto la forte pressione del citoplasma.
Poiché le cellule di mammifero hanno una membrana plasmatica ma sono prive della struttura della parete, questa classe di antibatterici colpisce selettivamente i batteri senza effetti negativi significativi sulle cellule dell’ospite mammifero.
Il peptidoglicano come altre molecole di superficie (lipopolisaccaride (LPS) e la proteina di riconoscimento del peptidoglicano (PGRP), inducono reazioni immunitarie che vanno dal rilascio di citochine alla febbre.
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