Cólera- Bioquimica_-_Mckee

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LA BASE MOLECU'LAR DE LA VIDA Tercera edición 
Trudy McKee 
James R. McKee 
• @l McGRAW· Hiu. iNTERAMERicANA 
Algunos organismos patógenos dafian al ser hUllwno producicildo sus-
tancias VCilcnosas denominadas toxinas. Las /oxillos .. muchas de las 
cuales son proteínas. ejercen sus efectos por varios métodos: 
l. dañando las membranas celulares. 
2. interrumpiendo varias funciones celulares, e 
3. inhibiendo la función en las sinapsis de las células ncrviosas. 
Las toxinas que actüan directamente sobre las membranas celula-
res. denominadas toxinas citolíticas, alteran y, finalrnente. destruyen 
las células objetivo. Producidas por muchos organismos (p. ej .. bacte-
rias, hongos. plantas. peces y serpientes). las toxinas citolíticas pue-
den producir los daños de vmias formas. Por ejemplo. la cstrcptolisina 
0(67000 D), producida por la bacteria S!rep!o('otc/ls pyogelles. OC<l-
siolHl la t'ormación de poros en Ilas membranas de las células diana. 
Las células afectadas se lisan rápidamentc debido a que la membrana 
celular es Illucho Imís permeable a los iones corno el Na'. La estrepto-
lisina O se cree produce parte del daíio de la fiebre reum;ítica. 
La deslrucción de la membrana celular puede también producirse 
por enzimas tlíxicas. Por ejemplo, Illuchos organislllos segregan em.i-
mas, del10minadas ['osfolipasas. que producen la hidrólisis de las mo-
léculus lipídicas de la membrana. La fosfoJipasa A:: se encuentra en el 
venel'lo de vari;1s serpientes. 
Much~1s toxinas interfieren con las funciones intraceltrlares. Las 
mejor caracteril.adas .son la toxina de la difteria y la toxina del c()lera, 
producidas, respectivamente, por las bacterias Cory¡¡e!J(/c!erilllll diph-
!eriae y Vihrio dIO/eral'. Ambas toxinas contienen dos subunidades , 
denominadas A y B. La subunid~1d A es la responsable del efecto tlÍxi-
co, mientras que la subunidad B se une a la célula diana. Una vez. que 
ha entrado la toxina de la difteria en la célula diana, se separan las 
snbunidades A y B. La subunidad A, que es una enzima, catalil.a una 
reaccilÍn que impide la síntesis de proteínas. La célula muere debido a 
que no puede sintetizar proteínas. El organismo hospedador muere 
como consecuencia de la destrucción de los tejidos cardíaco, renal y 
nervioso. 
La subunidad B de la toxina del cólera, que est;\ formada por ctllCO 
subunidades idénticas (Fig. SAl, se unc a las Il1C!11br~lI1aS de las células 
intestinales. A continuación se insena la subunidad A en estas células, 
donde activa una enl.,j¡na que innemellta la cOllcentraci()n de un IlU-
clelÍtido denominado AMP cíclico (AMPc). Las concentraciones ele-
vad,1s mantenidas de AMPc, una !11olécula que abre los canales de 
cloruro de la membrana, producen una diarrea grave. (La pérdida de 
cloruro da lugar a una pérdida de agua debido a la presión osmótica. 
Pueden perderse diariamente varios litros de líquido.) Si no se trata, la 
deshi'dratación grave puede ocasionar la muerte en 4X horas. por cho-
que circulatorio desencadenado por el descenso del volumen sanguí-
neo. 
Varias proteínas tóxicas actúan como neurotoxinas destl1lyendo la 
actividad de, las sinapsis. (Un;1 sinapsis es 1,1 unióH de dos neuronas o 
de una neurona y una célula muscular.) El dolor, temblor e ilTitación 
de las picaduras de la araíia viuda negra los produce la 'l.-Iatrotoxin<l 
(125000 D). Esta molécula. un ünico polipéptido, estimula la libera-
ción masiva del neurotransmisor acetilcolina (t\Ch). De forma dife-
rente, la liberación de ACh está inhibida por la toxina botL1'1,ínica. una 
mezcla de varias proteílws producida por la bacteria C/os!ridiulII !Jo-
!1/¡¡/llIm. El botulismo, una enfermedad que suele producirse por la 
ingestión de comida enlalilda cOl1taminada, se caracteriza por vómi-
tos, mareos y, algunas veces, parálisis y muerte. Una especie relacio-
nada C!os!ridillm !e!alli, produce otra neurotoxina mortal. La toxina 
del tétanos produce una padlisis grave por cl bloqueo de la liberación 
de neurotransmisores (principalmente glicina y ,ícido ;'-aminoblllíri-
col en el sistema nervioso central. 
F"IGURA 5A 
Subunidad n de la toxina del cólera. 
Cólera: Una historia breve 
Los org~n1ismos que producen toxinas. cOlno V. C/w/crae. no destru-
yen sólo ,1 Ilos seres humanos individualmente. En determinadas cir-
cunstancias pueden afectar a una civilil.ación completa. El cólera ha 
tenido dectos duraderos en el mundo occidental. Debido a la mejora 
de los tranS[lOrtcs, la epidcmia de Clílera de 1;\ Indj¡1 de IX 17 alcal1l.6 
Europa. Vi,\Íando a una velocidad prolnedio de X kilómeros diarios, la 
enfermedad dejó millones de muertos. El cólera produjo su primera 
víctima mortal británica en la ciudad portuaria dc Sunderland el1 
l X31. Las 22000 l1luertes que se pr()(jnjeron durante los 2 años si · 
guientes se debieron en gran parte a las condiciones horrorosas de 
vida durante la Revolución Industrial (Fig. SS). A pesar de unos es-
fuerzos intensos, aunl]ue en dil'ccción equivocada, la epidemia de clÍ-
lera duraba décadas. No se descubrió la forma en que se propagaba la 
enfermedad hasta que la nueva ciencia que emergía, la estadística, 
reveló que los responsablcs eran las malas condiciones sanitarias y el 
agua contaminada. La presión pübilica impulsada por las muertes apa-
rentemente sin fin producidas pOI' el cóle.ra, llevaron finalmente al 
gobierrto británico a asumir parle de l'a responsabilidad de la salud 
públic,\, un concepto relativamel1le l1loderno. En I XSlJ, el Parl<tmente 
británico se compromctió a constmir un sistema de alcantarillado en 
la ciudad de Londrcs, en ese ticmpo el proyecto municipal m~ís grande 
de su clase nunca realizado. El c6krn no vo.lvió nunca más n esa ciu-
dad, y quedó firmemcnte estnblecida la relaci6n entre higiene y enfer-
medades infecciosas. En 1 XX3. el investigador alelllan Robert Koeh 
identific6 el agente causal. 
CBOL • .... 
D'UDLI:Y BO.&aD o B1U.LTB, 
.. _ "'~... "QJII"~ GIl Q.I! 
Cllurch-yartls al Dlldley 
Being!lO fu ll, no one ",ho has dicd 01' tbe 
CBOLERA. will be permiUed fo be buried 
after SV¡rD.;l}' IIcxt,(To-moJ'l'ow) in eitber 
of tbe DunaJ Gl'ounds of SI, TIlO11uu'6, or 
St. FAm,md's, in thÍlo, 'l'owo. 
AII PenoOll who di., from CHOLERA, DlIl" (or (be! RrlWft 
~ .... ried In (be Cbnrcb·yard lit Nerbuton, q _ ..... .,~. _"_!..5Y. 
~J.r.'''H. 
'-----_ .. _ - --------------
F'I 13 URA SS 
Efecto devastador del cólera en Gran Bretaña a mediados del siglo XIX. 
(a) Un cartel da testimonio de la gravedad de la epidemia. (b) Quema de alquitrán para destruir la infección en el aire de Exeter. Otros 
«métodos» para prcvenir la diseminación del cólera eran los humos de tabac o y la limpieza con vinagre de trementina. 
Terrorismo biológico y carbunco 
El terrorismo biológico consiste en el uso de bacterias. virus o toxillas 
para intimidar o coaccionar a las poblaciones humanas. Los terroristas 
biológicos son criminales que buscan conseguir objetivos políticos 
que no pueden obtener por medios legales no violentos. En su última 
encarnación, el terrorismo biológico ha tomado la forma de cartas 
contaminadas con carbunco enviadas a personas notables del gobier-
no y las comunicaciones en las semanas posteriores al desastre de las 
Torres Gemelas. El carbunco es una enfermedad que afecta principal-
mente a los animales de granja (ovejas, terneros y caballos) y que está 
producida por la bacteria grampositiva Bacilllls a/l//¡racis. Conocido 
desde los tiempos de la Biblia (se cree que es una de las diez. plagas 
que se mencionan en el Éxodo. Capítulo 9). el carbunco ha desempe-
ñado un papel importante en la historia de la medicina y la microbio-
logía. En 1876. Robert Koch demostró que B. ul1l/¡ruci.l' es el agente 
causal del carbunco. Las técnicas que diselló mientras investigaba el 
carbunco y posteriormente la tuberculosis le condujeron al enunciado 
de los postulados de Koch, método que aún se utiliza para identificar 
las causas de las enfermedades infecciosas que se descubren. Louis 
Pasteurobtuvo la primera vacuna artificial contra la enfermedad y, en 
1881. demostró de forma concluyente a una comunidad centífica es-
céptica que la vacun<Jción de las ovejas y los terneros podí<J resistir la. 
de otra forma. inyección mortal de la bacteria viva. 
El carbunco se inicia por la exposición a endosporas resistentes al 
calor de B. anthracis (una forma durmiente del organismo) que puede 
persistir en el suelo o en los productos animales durante décadas. Las 
esporas penetran en el cuerpo a través de las abrasiones de la piel 
(carbunco cutáneo), los pulmones (carbunco por inhalación) o la in-
gestión de alimentos contaminados (carbunco digestivo). Tras inhalar 
las endosporas (la forma más mortífera de la enfermedad) se absorben 
por los macrófagos, las cé.l ulas del sistema inmunitürio que ingieren 
ord inariamente y destruyen a las bacterias invasoras y a otro mate-
rial extrüllo. Sin embargo. los macróFagos son incapüces de destruir 
las endosporas, ya quc su cubierta capsular está formada por un po lí-
mero no digerible formado por residuos de ácido D-glutámico. En su 
,lugar. las endosporas germinan en bacterias vegetativas (que se divi-
den de forma activa) que producen la enFermedad hasta que los m<l-
crófagos estallan. Si es suficiente la exposición a las endosporas, las 
bacterias, que se dividen rápidamente, pueden superar al sistema in-
munitario y dispersarse por tocio el organismo. E l carbunco generali-
zado produce pocos días después (;],e la aparición de los primeros 
síntomas, semejantes ü una gripe. una hipotensión (descenso de la 
tensión sanguínea) grave, sbock y, en algunos casos. meningitis. La 
capacidad del microorganismo para infligir este daño masivo es po-
sible por tres toxinas. que juntas inact.iva n las defensas inmunitarias 
esencia les. se rompen dentro de las célu las e interrumpen los meca-
nismos normales de señalización. Una vez quc las células bacteria-
(,laS se han liberado a la sangre, segregan sus toxinas. El antígeno 
protector (AP). que se denominó así antes de descubrirse su función. 
se une a los receptores de la superficie celular. Una vez en la superfi-
cie celular, siete moléculas de 'la toxina AP experimentan una acti-
vación proteolít ,ica y se ensamblan en una estl1lctura con Forma de 
rosquilla. A continuación este complejo se une a las enzimas tóxicas 
factor lelal (FL) y factor de edema (FE) y las inserta dentro de la 
célula en un proceso semejante a la endocitosis. El FL, la causa prin· 
cipal de la muerte, es una proteasa (una enzima que rompe los enla-
ces peptídicos de las proteínas) dependiente de cinc que rompe el 
complejo sistema de señalización intracelular. Su efecto más devas-
tador es hacer que Jos macnífagos liberen cantidades masivas de mo-
léculas innalllatorias que inducen el shock. El FE produce una hin-
cl~azón masiva (edema) en los tejidos afectados. Si no se detiene la 
infección mediante antibióticos. como la penicilina. los efectos 
combinados de estas toxinas causan la muerte. 
11.1. Clases de lípidos 343 
R 
I 
c=o 
I 
O O-CH -C-C-CH=CH-(CH) CH 
2 I I 2 12 3 ~
CH20H T iH 
OH H H 
O 
NH 
I 
C=O 
I OH 
CH3 
.k---O 
OH 
(a) 
R R 
I I 
C=O C=O 
I I 
~
CH20H iH iH CH20H NH OH 
~
o o-cH-b-b-CH=CH-(CH) -CH O O-CH -C-C-CH=CH-(CH) -CH 
2 I I 2 12 3 
OH H H 
2 I I 2 12 3 
0-803 H H 
OH 
OH OH 
(b) (e) 
1="113 U RA 1 1-9 
Glucolípidos seleccionados. 
(a) Gangliósido de Tay-Sachs (GM2), (b) glucocerebrósido, y (c) galactocerebrósido sulfato (sulfátido). 
do con uno O varios residuos de ácido siáJico se denominan gangliósidos. Aunque 
Jos gangliósidos se aislaron inicialmente a partir del tejido nervioso, se encuentran 
también en la mayoría del resto de tejidos animaJes. Los nombres de los gangliósi-
dos incluyen superíndices con letras y números. Las letras M, D Y T indican si la 
molécula tiene uno, dos O tres residuos de ácido siálico (véase la Fig. 7-23d). Los 
números designan la secuencia de azúcares que están unidos a la ceramida. En la 
Figura 11-9 se representa el gangliósido de Tay-Sachs GM2 . 
El papel de los glucolípidos no está aún claro. Determinadas moléculas de glucoJipi-
do pueden unir toxinas bacterianas, así como células bacterianas, a las membranas celu-
lares animales. Por ejemplo, las toxinas que producen el cólera, el tétanos y el botulismo 
se unen a receptores glucolipidos de las membranas celulares. Entre las bactelias que se 
ha demostrado se unen a receptores de glucolípidos se encuentran Escherichia coh, 
ESlreplococCUS pneumoniae y Neissena gonorrlweae, los agentes causales de infeccio-
nes del aparato urinmio, la neumonía y la gonorrea, respectivamente. 
Enfermedades del almacenamiento de esfingolípidos 
Cada una de las enfermedades lisosómicas de almacenamiento (véanse las págs. 47-
48) está producida por la deficiencia hereditaria de una enzima que se requiere para la 
degradación de un metaboLto específico. Varias enfermedades [isosómicas de almace-
namiento están asociadas con el metabolismo de los esfingoJípidos. La mayoría de 
CO NC EPTOS CLAVE 1 1 . 4 
Los esfingolípidos, componentes importan-
tes de las membranas de los animales y los 
vegetales, contienen un aminoalcohol com-
plejo de cadena larga (bien esfingosina 
o fitoesfingosina). El centro de cada esfin-
golipido es una ceramida, un derivado amIda 
de ácido graso de la molécula de alcohol. 
Los glucoJípidos son derivados de la ce-
ramida que poseen un componente hidrato 
de carbono.