Espessura e Elasticidade dos Sacculi de Mureína Gram-Negativa Medidos por Microscopia de Força Atômica

A microscopia de força atômica foi utilizada para medir a espessura de sacculi de mureína colapsados e secos ao ar de Escherichia coli K-12 e Pseudomonas aeruginosa PAO1. Os sacculi secos ao ar de E. coli apresentaram uma espessura de 3,0 nm, enquanto os de P. aeruginosa tinham 1,5 nm de espessura. Quando reidratados, os sacculi de ambas as bactérias inchavam para o dobro de sua espessura anidra. A simulação computacional de uma seção de uma rede de peptidoglicano em camadas simples em uma solução aquosa com um comprimento de blindagem de Debye de 0,3 nm resultou em uma distribuição de massa com largura total na metade da altura de 2,4 nm, em essencial concordância com esses resultados. Quando os sacculi de E. coli foram suspendidos sobre um sulco estreito que havia sido gravado em uma superfície de silício e a ponta do microscópio de força atômica foi utilizada para depressar e esticar o peptidoglicano, um módulo de elasticidade de 2,5 x 10(7) N/m(2) foi determinado para os sacculi hidratados; eles eram perfeitamente elásticos, voltando à sua posição original quando a ponta era removida. Sacculi secos eram mais rígidos, com um módulo variando de 3 x 10(8) a 4 x 10(8) N/m(2) e às vezes podiam ser quebrados pela ponta do microscópio de força atômica. Sacculi alinhados sobre o sulco com seu eixo longo em ângulos retos ao eixo do canal eram mais deformáveis do que aqueles com seu eixo longo paralelo ao eixo do sulco, como se esperaria se as cadeias de peptidoglicano no sacculus estivessem orientadas em ângulos retos ao longo do eixo celular dessa vara gram-negativa. As cápsulas polares não se mostraram ser estruturas mais rígidas, mas colapsaram para a mesma espessura que as porções cilíndricas dos sacculi. A elasticidade dos sacculi intactos de E. coli é tal que, se as cadeias de peptidoglicano estiverem alinhadas em uníssono, o espaço entre as cadeias deve aumentar em 12% com cada aumento de 1 atm na pressão (turgor). Assumindo um espaço entre as cadeias hidratado não estressado de 1,3 nm (R. E. Burge, A. G. Fowler, e D. A. Reaveley, J. Mol. Biol. 117:927-953, 1977) e uma pressão interna de turgor de 3 a 5 atm (ou 304 a 507 kPa) (A. L. Koch, Adv. Microbial Physiol. 24:301-366, 1983), o espaço natural entre as cadeias nas células seria de 1,6 a 2,0 nm. Claramente, se grandes macromoléculas de diâmetro maior do que esses espaços forem secretadas através dessa camada, a ordenação local do peptidoglicano deve de alguma forma ser interrompida.