¡Descarga TEMA 4. PARET CELLULAR y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
TEMA 4. PARET CEL·LULAR
Capa que constitueix el principal component estructural dels bacteris, present a la majoria de MO excepte en Mycoplasma del grup eubacteria i Thermoplasma en arquea. Propietats que aporta la paret:
- Rigidesa
- Forma : sobretot en bacils perquè sinó serien esfèrics
- Mantenir la pressió osmòtica interna de la cèl·lula, que augmenta sempre que capten nutrients de l’exterior però no hi ha lisi perquè la paret cel·lular permet sobreviure al bacteri en un medi hipotònic o hipertònic. D’aquesta manera emmagatzema nutrients per moments de dificultats i poden formar colònies en hàbitats molt diversos, si no tinguessin paret només podrien viure en hàbitats isotònics.
- Punt d’anclatge i funcionament del flagel cel·lular que s’uneix a la cèl·lula a través de diferents capes, si eliminem la paret el flagel es manté però perd la capacitat de moure’s.
La composició de la paret cel·lular s’estudia fent talls i observant l’estructura al microscopi o analitzant els seus components. Les primeres imatges van donar dos tipus de paret:
- Grampositius: presenten una capa gruixuda, compacta i homogènia com a paret per sobre de la MP. Queden de color violeta.
- Gramnegatius : presenten una paret formada per diferents 2 capes per sobre de la MP, una més prima i una més externa. Queden de color rosa.
No són els únics tipus de paret cel·lular que poden presentar els bacteris. Hi ha un tercer grup on la paret cel·lular està constituïda per diferents components i s’anomenen grup CMN , la paret està constituïda per una gran quantitat de lípids i és molt diferent a la resta.
A tots els tipus de paret (tant en grampositius com en gramnegatius) hi trobem una capa, excepte a Plancthomyces i Clhamidia , formada per glicopèptid, peptidoglicà o mureïna (més prima en gramnegatius). Constituïda per una fracció glucídica de polímers on s’alternen dos sucres diferents: N-acetilglucosamina (NAG) i N-acetil-murànic (NAM). Els dos sucres s’intercalen entre si formant cadenes i unint-se entre si mitjançant un enllaç β-1,4-glucosídic que pot ser trencat per els lisozims. NAG és un sucre que trobem formant part d’altres polímers però el NAM és exclusiu dels bacteris, característica important perquè serveix per determinar si hi ha NAM en MO que no es sap si tenen paret cel·lular o no.
A cada molècula de NAM tenim una fracció peptídica molt variable, els aminoàcids més típics que la formen són Ala, glutàmic, meso-diaminopimèlic. S’uneixen en cadenes de 4 aminoàcids i a la cadena del NAM mitjançant un enllaç peptídic que no pot ser trencat pels enzims que els trenquen normalment perquè alguns d’aquests aminoàcids es troben en formes no naturals. La cadena és: NAM - L-alanina - D-Glutàmic - meso-DAP (diaminopimèlic) - D-alanina - (D-alanina).
L’alanina la podem trobar en forma L o D i el glutàmic sempre està en forma D. Gràcies a les fraccions peptídiques es forma una xarxa tridimensional que envolta tota la cèl·lula perquè les cadenes peptídiques s’uneixen entre si. En els grampositius el nombre d’unions entre les cadenes peptídiques es pràcticament total, en canvi, en els gramnegatius no totes les cadenes s’uneixen.
Els eubacteria grampositius tenen varies capes de mureïna (10-20) i per això la seva paret és rígida i compacte. A més, la mureïna forma molts més entrecreuaments entre cadenes del NAM, facilita la captació del colorant cristall violeta i per això queden tenyits de violeta. Els
gramnegatius tenen una capa molt més prima de mureïna (2-3) i no totes les cadenes del NAM fan entrecreuaments, no capten el colorant i per això es tenyeixen amb el colorant de contrast safranina (rosa).
La fracció peptídica varia en diferents grups de MO i és el que determina el diferent tipus de mureïnes que trobem entre els bacteris, aquesta diferència s’utilitza com a caràcter taxonòmic.
- Mureïnes del grup A : el tipus més freqüent de mureïna és meso-DAP (D-alanina final) que presenten tots els gramnegatius i alguns grampositius. Hi ha una unió directa entre el tercer aminoàcid d’una de les cadenes i el meso-DAP que té dos grups amino lliures que li permeten establir l’enllaç. No totes fan una unió directa, si és un altre aminoàcid el que s’uneix es formaria un pont peptídic d’un o varis aminoàcids.
- Mureïnes del grup B: fan l’enllaç amb el segon aminoàcid d’una de les cadenes i sempre es fa per pont peptídic.
Biosíntesi de la mureïna:
Es coneix gràcies als treballs de Park i Stromineer que tractaven un bacteri grampositiu amb penicil·lina per poder trencar la seva paret cel·lular i analitzar químicament la seva composició. Van veure que podien recollir diferents molècules o subunitats, la més complexa era el nucleòtid de Park que és un UDP-NAM-pèptid. En podem diferenciar tres etapes:
- Síntesi dels diferents components de manera activa de la mureïna, al citoplasma
- Transport a través de la MP cap a la paret cel·lular
- Incorporació de les subunitats i unió a les ja existien a la paret, entrecreuament de les cadenes
Síntesi : a partir de glucosa aquesta s’amina mitjançant una reacció d’aminació, llavors s’acetila, s’hi afegeix UTP (surt Pi) i obtenim UDP-NAG (un dels components):
A partir d’aquest se li incorpora fosfoenolpiruvat (PEP) i obtenim UDP-NAM (l’altre component) a la qual s’incorporen els diferents aminoàcids amb una síntesi on no hi intervenen ribosomes sinó que els aminoàcids s’uneixen gràcies a ATP. A l’UDP-NAM s’hi posa ATP i L-alanina i s’afegeix el primer, després ATP i D-glutàmic... i així amb els tres primers (incorporació dels aminoàcids seqüencial). Les dues D-alanines s’incorporen juntes i seria l’última etapa formant així el nucleòtid de Park.
Transport: com el Bactoprenol-P és hidrofòbic, igual que la part interna de la MP, permet el pas de les substàncies a la part externa hidrofílica que és on es troba la paret. Primer s’uneix la molècula de NAM-pèptid al Bactoprenol-P amb un enllaç pirofosfat i s’allibera uridí monofosfat (UMP); llavors s’incorpora l’UDP-NAG que forma un enllaç glicosídic amb NAM i s’elimina UDP. Per acabar només ha de passar a través de la membrana i a l’exterior s’incorporarà al polímer que s’està formant. El Bactoprenol-P s’ha de separar i ha de perdre un grup P per poder ser reutilitzat.
Unió de les subunitats: la tercera etapa s’ha de fer amb molta precisió per mantenir l’estructura i per evitar la lisi de la cèl·lula. Es dona gracies a les autolisines que trenquen tant enllaç glucidic com peptídic. Es forma un forat on s’uneixen les subunitats i es formen de nou els enllaços.
Les autolisines es troben al lloc de creixement als bacteris. En els cocs, es troben a la zona de la paret on hi ha la síntesi, que és la zona del septe transversal el lloc de la cèl·lula on es dóna
Paret dels bacteris grampositius:
La paret està constituïda per una capa compacta i gruixuda per sobre la membrana citoplasmàtica en la que hi ha diferents capes de mureïna, aquesta capa es molt més espessa perquè hi ha molts mes entrecreuaments per pont peptídic entre les cadenes polipeptídiques. A part de la mureïna tenim altres components com els àcids teïcoics, que són polímers constituïts per grups alcohol i fosfat que s’uneixen i alternen entre si per un enllaç fosfodièster. Dos tipus:
- Glicerolteicoics o lipoteicoics : es disposen de manera perpendicular i alguns d’ells estan units als fosfolípids de la membrana citoplasmàtica
- Ribitolteicoics : disposats de manera paral·lela a la mureïna
Els àcids teïcoics són polímers lineals els quals la seva estructura bàsica es pot modificar substituint grups oxidil (-OH) per aminoàcids com alanina o sucres. Son serològicament específics i actius, constitueixen els antígens de paret d’aquests bacteris. Quan hi ha una infecció per bacteris grampositius el nostre organisme reconeix aquests àcids teïcoics com a molècules estranyes donant una resposta immune i amb manifestacions típiques d’infecció com febre i inflamació. Els polímers tenen una càrrega negativa cosa que fa que s’acumulin ions positius com magnesi a la cara externa de la MP cosa que és molt important perquè l’estabilitzen i perquè actuen com a cofactor d’alguns enzims que actuen en la biosíntesi de la mureïna.
A la paret dels bacteris també hi podem trobar sucres i proteïnes, normalment a la cara més externa de la paret i estan relacionats amb funcions de tipus invasiu en bacteris patògens i col·laboren amb l’adherència a alguns substrats, funcions molt específiques com unir-se a una determinada fracció dels Ab... relacionades amb factors de virulència, patogèniques.
Paret dels micobacteris:
Els micobacteris es tenyeixen com a grampositius però realment tenen una paret molt diferent a aquests. Inclouen tres gèneres bacterians diferents amb la mateixa estructura de paret, són: Mycobacterium, Corynebacterium i Nocardia , per això també s’anomenen grup CMN. Aquests també tenen una capa de mureïna, tot i que és molt més prima que la dels propis grampositius, és del gruix de la dels gramnegatius. La tinció no acaba de ser clara perquè tenen una paret fortament hidrofòbica.
A part de la capa prima de mureïna trobem un polímer característic d’aquest grup com són els àcids micòlics que estan constituïts per β-hidroxiàcids molt ramificats i tenen una longitud de cadena que varia en funció del tipus de MO al que pertanyin:
- Mycobacterium : té àcids micòlics amb la cadena més llarga: més de 60 C.
- Corynebacterium : té la cadena més curta: de 20 a 40 àtoms de C.
- Nocardia : té una cadena intermitja de 40 a 60 àtoms de C.
A la paret també trobem carbohidrats, un dels sucres que hi ha és el polímer arabinogalactan que està format per galactosa i arabinosa que es van entrecreuant, per una banda s’uneixen a la mureïna i per altra als àcids micòlics per unions covalents (enllaç fosfodièster). Un altre sucre és el lipoarabinomanan format per subunitats d’arabinosa i lactosa i està unit a lípids de la MP. També trobem glicolípids fenòlics.
Aquests components li confereixen un fort caràcter hidrofòbic, cal fer tincions específiques per aquest grup, com és la tinció de Ziehl-Neelsen o àcid-alcohol resistent: afegim una solució de
foxina bàsica amb fenol i escalfem aquest colorant perquè penetri bé a l’interior de la cèl·lula, rentem amb àcid clorhídric o sulfúric i depenent de la longitud dels àcids micòlics les cèl·lules es tenyiran o no. Els de longitud llarga es tenyeixen positius, els de mida mitjana depèn i els curts són negatius perquè no es tenyeixen.
A la paret d’aquests MO també es va descobrir la presència de proteïnes trimètriques anomenades porines i que són típiques de la paret dels gramnegatius. Gràcies a la presència d’aquestes proteïnes són capaços de captar els nutrients del medi. Aquests bacteris tenen una assimilació de substrats molt lenta i creixen en un temps de generació molt lent (aproximadament 12h), té conseqüències en el tipus d’infecció que produeixen en humans perquè són d’evolució molt lenta (tuberculosi...)
Paret dels gramnegatius:
Constituïda per dues capes:
- Interna : mureïna, prima i amb pocs entrecreuaments, 2 nm de gruix.
- Externa : membrana externa unitària, de característiques semblants a la MP des del punt de vista fisicoquímic però de composició diferent. Gruix de 8 nm.
A la part externa són hidrofíliques i l’interior és hidrofòbic igual que la MP. La capa de mureïna es troba situada entre les dues membranes (paret cel·lular i membrana externa) a la regió anomenada espai periplasmàtic, no es coneix massa bé la forma d’aquest espai, també hi trobem proteïnes amb funcions concretes i importants per la cèl·lula, sobretot hi ha proteïnes de transport en aquest espai.
A la membrana externa també trobem fosfolípids i a la part més externa estan substituïts de manera gairebé total per un component que no hi ha a la MP i que és exclusiu dels gramnegatius anomenat lipopolisacàrid que te característiques fisicoquímiques semblants a la dels fosfolípids, és complex i varia la seva composició en els diferents bacteris gramnegatius, es divideix en tres parts:
- Lípid A : hidrofòbica, orientada cap a l’interior de la membrana. Constituïda per un polisacàrid (glucosaminafosfat) esterificat amb àcids grassos de cadena llarga. És responsable de l’acció endotòxica d’aquests bacteris, causen un procés infecciós típic: infecten, provoquen la lisi de la cèl·lula, s’allibera el lípid A a la sang que unit a proteïnes plasmàtiques o lliure serà neutralitzat per cèl·lules del SI. Quan es dóna la unió del lípid amb la cèl·lula del SI s’elaboren citocines com IL-1 que estimulen la síntesi de prostaglandines a l’hipotàlem cosa que fa aparèixer la febre i hi ha un descens de pressió sanguínia. El complement també actua produint inflamació. Aquesta reacció del SI pot ser exagerada quan hi ha una alliberació molt gran que comporta a un col·lapse del sistema respiratori, fallada d’òrgans i mort de l’individu per xoc sèptic.
- Regió central o “core” : hidrofílica. Constituïda per 5 o 6 sucres de composició constant i trobem un sucre anomenat KBO exclusiu d’aquests bacteris gramnegatius (2-ceto-3- desoxi-butanat), s’uneix a una de les molècules del lípid A. Trobem una heptosa, N- actilglucosamida, galactosa i glucosa que s’unirà a la cadena lateral.
- Cadena lateral (Antigen O) : hidrofílica, part més externa que pot tenir fins a 7 sucres o no tenir-ne cap, és la més variable i és complexa. El tipus de sucre que conté també és molt variable, per això constitueix l’Ag O que és l’Ag de paret dels bacteris gramnegatius.
acetilglucosamida i N-acetiltalosaminurònic que es van alternant entre si formant cadenes i s’uneixen mitjançant un enllaç β-1,3-glucosídic; una fracció peptídica que s’unirà al NAcG i està constituïda per diferents aminoàcids que es troben tots en forma natural (L) i la variabilitat és més restringida (glutàmic, serina, alanina, lisina), formaran una xarxa tridimensional i s’uniran entre si per pont peptídic. Alguns grups d’arqueobacteris tenen N-acetilgalactosamina en comptes de NAcG.
o De metanocondriotina: és un polímer amb una estructura semblant al teixit connectiu dels eucariotes, es van alternant una molècula d’un àcid urònic (glucurònic o galacturònic) amb dues subunitats de N-acetilgalactosamina.
o D’heteropolisacarid complex: constituïda tant per sucres com per àcids urònics.
- Gramnegatius: paret constituïda fonamentalment per capes S formades per proteïnes o GP i no tenen paret cel·lular, només MP, però les capes són més complexes.
Mycoplasma i Thermoplasma no sintetitzen paret cel·lular, pertanyen a diferents grups, tindran una membrana citoplasmàtica modificada. Altres formes que no la presenten són les formes L, són formes de bacteris tant grampositius com gramnegatius que de manera espontània deixen de tenir la forma típica de paret cel·lular i la pèrdua pot ser total o parcial. Els esferoplasts i els protoplasts són formes induïdes al laboratori:
- Esferoplasts : gramnegatius tractats amb penicil·lina, deixen de sintetitzar la capa de mureïna però continuen presentant la membrana externa. Tenen més resistència gràcies a aquesta membrana.
- Protoplasts : grampositius que també son tractats amb penicil·lina i deixen de sintetitzar la paret. Es mantenen sempre en un medi isotònic per impedir la lisi cel·lular però són viables.
