TEMA 3: ESTRUCTURA Y FUNCIN CELULAR PROCARIOTA. PARET BACTERIANA.

FLAGELO

APENDICES

FIMBRIAS (cortas)

PILI (largas) EXTERIOR CPSULA (polisacrida) LIMO (polisacrido) CAPA "S" (naturaleza proteica)

GLICOCLICE

PARED CELULAR CELULA PROCARIOTA ENVUELTAS CELULARES MEMBRANA CITOPLASMTICA CITOPLASMA, RIBOSOMAS

INCLUSIONES

INTERIOR

NUCLEOIDE / CROMOSOMA CITOESQUELETO DE ACTINA

ENDOSPORA

FUNCIONES DE ESTRUCTURAS SUPERFICIALES Las bacterias tienen complejas envueltas y estructuras superficiales cuyas funciones son: Esenciales para la viabilidad de la bacteria Compuestas de componentes nicos Dianas de antibiticos Proteccin frente a stresses ambientales: disminucin del pH, sales biliares, bajada de la presin osmtica) Ligandos para adherencia al husped: adhesin a la pared intestinal para no ser eliminados Resistencia a la fagocitosis: defensa Dispara la respuesta inmune innata: sepsis Variacin antignica entre bacterias

MODELOS DE PARED CELULAR Hay 4 modelos de pared celular: 1. Gram positivo 2. Gran negativo con peptidoglicano 3. cido-alcohol resistentes 4. Sin pptidoflicano genero Chlamydia La membrana plasmtica que hay debajo de la pared es muy similar en todas las bacterias. 1. Gram positivos Retienen el cristal violeta. Est formada por una nica capa de peptidoglicanos que rodea la membrana citoplasmtica. 2. Gram negativos En este tipo de pared el cristal violeta es susceptible de ser extrado por el alcohol. Contiene, adems del peptidoglicano, una capa externa (bicapa lipdica) y un periplasma entre la membrana citoplasmtica y el peptidoglicano. 3. cido-alcohol resistentes Desde el punto de vista evolutivo son Gram (+), pero se tien mal xq estn rodeadas de una gruesa capa crea (cido micnico). Se pueden teir con Ziehl-Neelsen. 4. Gnero Chlamydia (parsito intracelular obligado) Tienen una estructura similar a las Gram (-), pero no presenta glicopptidos; es una excepcin en el mundo de las bacterias. nicamente tienen glicopptido cuando se estn dividiendo, concretamente en el periodo de anafase de la divisin celular, y por eso tiene genes sensibles a PG

GLICOPEPTIDO / PEPTIDOGLICANO / MUREINA Las molculas de la capa de glicopptidos forman una especie de saco alrededor de la bacteria. Estas molculas reciben el nombre de mureina. La mureina est formada por: Una parta glucdica (glicano) Una parte peptdica (pptido)

1. Parte glucdica (glicano) Est compuesta por dos azcares (disacrido) que se unen mediante un enlace glicosdico (1,4). Estos monosacridos son: N-acetilglucosamina (NAG) cido N-acetilmurnico (NAM): molcula exclusiva de bacterias; es el ter lctico de la N-acetilglucosamina (forma un enlace entre el OH del 3er carbono y el OH del cido lctico). De esta forma se van sintetizando cadenas del tipo: -NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG - NAM- Algunas bacterias presentan variaciones: cido N-glicolilmurnico (cido-alcohol resistente) en vez de N-acetilmurnico En el gnero Bacilus, el cido N-acetilmurnico presenta el grupo amino libre, sin acetilar El C6 puede presentar otra sustitucin que no sea OH, as se hace resistente a la lisozima, que hidroliza el enlace glucosdico. 2. Parte peptdica (pptido) La cadena peptdica suele ser un pentapptido que se une mediante un enlace glucopeptdico/pptidico (enlace amino) al cido N-acetilmurnico. Los aminocidos que forman este pentapptido (PP) son, por orden de unin a la molcula de NAM: a) L-Ala L-Lis b) D-Glu Diaminopimlico c) Diaminocido Ornitina (+) d) D-Ala Homoserina (+) e) D-Ala Adems, los pentapptidos pueden unirse mediante enlaces interpeptdicos con PP de otras cadenas. Segn como sea la unin interpeptdica, distinguiremos entre 2 tipos de glicopptidos: Glicopptido A: unin del aa en posicin 4 (D-Ala) con uno en posicin 2 (D-Glu). Glicopptido B: unin de un aa en posicin 4 (D-Ala) con uno en posicin 3 (L-Lis). Estas uniones entre pentapptidos de diferentes cadenas se dan mediante puentes de aminocidos (por ejemplo: PP de glicina). - NAG NAM NAG NAM NAG NAM - PP PP PP

... - NAG NAM NAG NAM NAG NAM - ... PP PP PP

... - NAG NAM NAG NAM NAG NAM - ... PP PP PP

Molculas que forman la unidad: NAG NAM PP

BIOSNTESI DE LA CAPA DE PEPTIDOGLICANO (proceso intracelular) Fases: 1) Citoplasmtica 2) Intramembrana (membrana citoplasmtica) 3) Externa

FASE1. Citoplasmtica En el citoplasma es donde se da la verdadera sntesis del NAG, NAM y de los aminocidos que forman el PP; se forma la unidad NAG NAM PP La molcula es el UDPNacetilDglucosamina (UDP-GlcNAc). Esta molcula es uno de los componentes del glicopptido y la molcula a partir de la cual se forma el NAM.

L-Ala

D-GluUDP-GlcNAc UDP-N-acetilpiruvato-enolter UDP-Nacetilmurnico

L-Lis

D-Ala-D-Ala

2D-Ala

2L-Ala

Los tres primeros aa del PP se unen secuencialmente. Los dos ltimos se unen como dipptido que se tiene que formar antes de unirse al NAM. ANTIBITICOS La primera diana de accin de antibiticos es la primera reaccin del proceso. La fosfomicina (y derivados) es un anlogo del PEP que inhibe la formacin de NAM, que es esencial para formar la pared bacteriana. La cicloserina acta simultneamente sobre ligasa y racemasa bloqueando la sntesis del dipeptido.

FASE2. Transmembrana (membrana citoplasmtica) La membrana supone una barrera al paso de molculas hidrofilicas. Por esto, el bactoprenol (C55) recoge las molculas de NAG y NAM (unidades formadas) y les hace un paso a travs de la membrana para que puedan llegar al citoplasma exterior. Al mismo tiempo, se van aadiendo unidades disacardicas (polimerizacin) con el paso de estas molculas a travs de la membrana. UDP-NAM-PP BACTOPRENOL-P

UMP

BACTOPRENOL-P-P-NAM-PPUDP-NAG

BACTOPRENOL-P-P-NAM-NAG El enzima MurG es una protena perifrica de membrana clave en la biosntesis del peptidoglicano; es una glicosiltransferasa. La membrana celular est rodeada por el peptidoglicano, un heteropolmero que est formado por filamentos de glicano entrecruzados por pptidos. El sustrato de MurG es el lpido I, que consiste en un indecaprenil-pirofosfato anclado dentro de la membrana y unido al muranil pentapptido. MurG cataliza la transferencia de NAG de UDP-NAG al lpido I para formar el lpido II. El proceso tiene lugar en la superficie citoplasmtica de la membrana celular antes de la translocacin del lpido II a la cara extracelular de la membrana. A continuacin, el disacrido es polimerizado y entrecruzado a filamentos de peptidoglicano ya existentes. ANTIBITICOS Nisina Z usa el lpido II como receptor. Flipasa es una enzima que permite pasar de una cara a otra el bactoprenol pirofosfato, ya que siempre est en la zona interna de la membrana.

FASE3. Externa Una vez fuera, el glicopptido sigue polimerizndose. Se dan dos tipos de reacciones: transglicosilacin y transpeptidizacin. A. TRANSGLICOSILACIN Proceso por el cual la estructura NAG NAM se une a cadenas de peptidoglicano ya generadas ya sea por un extremo o bien por en medio (rompiendo las cadenas)

Glicopptido (viejo)

+

NAM NAG PP

PP (Nuevo)Glicopptido NAM NAG PP

PP

n exterior membrana

ANTIBITICOS Bacitracina: impide la salida de azcares al exterior; impide la formacin del lpido I al inhibir la unin del bactoprenol con UDPNacetilglucosamina. Se usa por va tpica por su toxicidad. Bactoprenol PP Bactoprenol P P Vancomicina y derivados: bloquea las 2 D-Ala terminales del PP, no se dar la liberacin y ruptura del nuevo para unirse al glicopptido y, por lo tanto, aumentar la concentracin del lpido II.

B. TRANSPEPTIDIZACIN Proceso que incluye la formacin de los enlaces interpeptdicos entre los glicopptidos ya establecidos. Primero acta la carboxipeptidasa y se libera una D-Ala: EnzSerOH PepGliNAGNAM [...] (4) DAla (5) DAla PBT: llevan a cabo la transglicosilacin y la transpeptidacin (algunas slo actividad transpeptidasa). PBP 3 y PBP 4,5,6 elongacin. DAla PepGliNAGNAM [...] (4) DAlaDSerEnz OHSerEnz

Los antibiticos lactmicos inhiben la PBP: penicilina, cefalosporinas, monobactinas Transglicosilasas bacterianas (TGs) Catalizan la polimerizacin de las cadenas hidrocarbonadas del pptidoglicano (inhibicin por antibiticos). Mltiples TGs contenidas en un organismo y que llevan a cabo diversas sntesis de metabolitos funcionales. 2 formas: Clase A de PBPs: dominios N terminales de protenas bifuncionales que contienen dominios __ Monofuncionales glicosiltransferasas (MGTs): protenas diferentes.

Des de el peptidoglicano hacia dentro todas las bacterias son muy similares. Sin embargo, hacia fuera, el mundo bacteriano se divide en 2 clases principales (ms un par de tipos singulares). stos son: Grampositivos gracilicutes Thalobacterias (G+C>50% DNA) Gramnegativos firmibacterias Firmicutes (G+C