2. Estructures bacterianes (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Bases Microbiològiques de la Infecció
Año del apunte 2015
Páginas 14
Fecha de subida 07/04/2015 (Actualizado: 03/06/2015)
Descargas 19
Subido por

Descripción

Versión actualizada el 07-04-2015.

Vista previa del texto

BLOC  2:  ESTRUCTURES  BACTERIANES     2.1.  Superfície  de  la  cèl  bacteriana   L’estructura   d’un   bacteri   és   la   típica   de   les   procariotes,   molt   simple.   Podem   distingit  una  membrana  cel·lular  envoltada  per  una  paret  nuclear  en  l’interior  de  la   qual  hi  ha  una  regió  nuclear  dispersa  i  també  observem  ribosomes.     De  formes  dels  bacteris  n’hi  ha  moltes,  les  més  típiques  de  bacteris  patògens  són:     -­‐ Coc:  arrodonit   -­‐ Bacil:  cilíndrica   -­‐ Espiril:   bacil   amb   una   torsió   en   els   extrems   -­‐ Espiroquetes:  helicoïdals,  flexibles  i  molt   primes   -­‐ Filamentoses   -­‐ Altres:  gemants  i  pedunculars       Alguns   bacteris   són   pleomòrfics,   propietat   de   modificar  la  seva  forma  i  tamany  en  funció  de  les   condicions  del  cultiu.       El   tamany   varia   des   dels   micoplasmes   (bacteri   sense   paret)   d’aproximadament   0,1   micres   de   diàmetre   i   alguns   fotosintetitzadors   d’entre   3-­‐4   micres.   La   mitjana   es   situa  entre  0,5-­‐1  i  1,5  micres.       Anomenem  els  bacteris  en  lletra  cursiva  i  en  llatí.       És  important  conèixer  que  a  diferent  tamany  hi  ha   una   diferent   relació   superfície/volum.   A   major   tamany   del   bacteri   més   dificultats   té   en   nodrir-­‐se   bé.       Un  bacteri  petit  també  tindrà  menys  informació  genètica  i  estarà  més  condicionat   al  medi  ambient.       A   vegades   poden   formar   agrupacions,   depenen   de   la   forma   del   bacteri   i   de   la   divisió  bacteriana.  En  el  cas  dels  bacils  que  es  va  dividint  i  no  es  separa  adquireix   una   forma   filamentosa.   Els   cocs   poden   formar   cadenes,   làmines,   agrupaments   cúbics  i  agrupaments  irregulars  (típica  dels  estafilococs).     La  paret   bacteriana  o  cel·lular  és  la  part  més  externa,  la  part  rígida  que  està  en   contacte  directe  amb  la  membrana  plasmàtica.     N’hi  pot  haver  de  dos  tipus:  grams  positius  i  dels  grams  negatius.     En  la  paret  dels  gram+  hi  ha  un  gruix  de  pèptidglicà  o  mureïna  amb  àcids  teicoics.       La   mureïna   existeix   en   tot   dos   tipus   de   paret.   Està   formada   per   N-­‐ acetilglucosamina   i   N-­‐acetilmuràmic,   dos   sucres   que   es   van   alternant   enllaçats   per   un  enllaç  covalent  que  dóna  rigidesa  a  la  paret.  És  un  enllaç  glicosídic  beta(1-­‐>4).     A  més  a  més  hi  ha  una  cadena  tetrapèptica  lateral  unida  a  l’àcid  N-­‐acetilmuràmic,   que   generalment   són   els   mateixos.   Són,   sempre   4   associats   per   enllaç   covalent   peptídic;   L-­‐alanina,   àcid   D-­‐glutàmic,   àcid   meso-­‐diaminopimèlic,   D-­‐alanina.   En   els   grams   positius   però   l’àcid   meso-­‐diaminopimèric   es   substitueix   per   lisina   (generalment).                             Entre  les  cadenes  laterals  peptídiques   hi   ha   una   unió   que   afavoreix   la   rigidesa  de  la  paret,  la  una  unió  entre   filaments.  El  tercer  de  la  cadena  (DAP)   amb   el   quart   de   l’altre   filament   (D-­‐ alanina).   De   fet,   en   les   grams   positives   no   hi   ha   un   enllaç  directe  entre  la  lisina  i  la  D-­‐alanina  sinó  que  hi   ha   una   estructura   pont   de   diferent   tipus.   Una   molt   estudiada   pròpia   de   Staphylococus   aureus   és   de   5   glicines.     A   més   a   més,   en   els   bacteris   grams   +   hi   ha   més   enllaços  laterals  que  en  els  gram  -­‐.     En   els   grams   positius   hi   ha   entre   30-­‐100   capes  i  en  grams  negatius  unes  10  capes.           Els   àcids   teïcoics,   només   presents   en   grams   +,   estan   en   contacte   directe   amb   la   mureïna   pels   seus   extrems   de   manera   covalent.   Són   el   glicerol   teïcoic   i   ribitol   teïcoic.     L’àcid   ribitol   es   capaç   de   formar   cadenes   enllaçant-­‐se   entre   ells   per   enllaços   èsters   fosfat.   A   més   a   més   té   ramificacions,   està   enllaçada   amb   altres   sucres   variables   (glucosa,  alanina...).  Els  grup  fosfat  els  hi  dóna  una  càrrega  neta  negativa,  el  que  els   hi   dóna   la   capacitat   de   captar   cations   imprescindibles   per   a   la   cèl·lula   (cofactors   d’algunes  reaccions    enzimàtiques).     Podem   trobar   àcids   lipoteïcoics,   ancorats   a   la   membrana   citoplasmàtica,   o   els   àcids   pròpiament   dits   teïcoics,   no   associats   a   la   membrana  plasmàtica.         Les   proteïnes   que   intervenen   amb   les   parets   del   bacteri   poden   ser   de   dos   isòmers,   D   o   L,   no   com   en   el   cas   de   les   proteïnes   humanes   que   totes   són   formades   per   L.   L’àcid  DAP  és  també  exclusiu  de  la  paret  bacteriana.       Respecte   la   paret   bacteriana   dels   gram   –   podem   observar   que   és   una   estructura   molt  més  complexa.  Ja  no  trobarem  res  de  àcids  teïcoics,  que  són  exclusius  de  les   grams  positives.     La   primera   diferència   és   que   hi   ha   un   major   nombre   d’estructures.   Trobem   una   membrana  externa   que   envolta   tota   la   cèl·lula   i   està   formada   per   una   membrana   lipídica.  En  la  part  exterior  té  un  àcid  gras  i  després  un  lipo-­‐polisacàrid  (LPS)  propi   de   les   gram   negatiu.   En   la   part   interna   trobem   el   glicerol   fosfat,   com   de   costum.   Entre   la   membrana   trobem   proteïnes   relacionades   generalment   amb   el   transport   i   unes   proteïnes   exclusives   que   anomenem   porines,   constituïdes   per   tres   subunitats  idèntiques  que  fan  possible  el  pas  de  petites  molècules  amb  un  baix  pes   molecular.   Està   separada   de   la   membrana   plasmàtica   cel·lular   per   l’espai   periplasmàtic   o   periplasma.  És  en  aquest  espai  on  trobem  la  mureïna,  de  5-­‐10   capes   a   diferència   de   les   grams   positiu   que   són   majors   a   100.   Està   unida   a   una   lipoproteïna  (una  part  lipídica  unint-­‐se  a  la  membrana  externa  i  una  part  proteica   unida  a  la  mureïna)  que  té  la  funció  de  donar  rigidesa  al  pèptidglicà.       Els   LPS,   tan   característic   dels   gram   negatiu,   són   cadenes   que   poden   ser   molt   llargues   amb   una   gran   varietat   de   components   però   amb   tres   regions  diferenciades:     • Cadena   o   antigen   O:   regió   externa   formada   per   sucres   normalment   ramificats   i   generalment   bastant   comuns.  Té  caràcter  antigènic.     • Nucli   o   core:  central,  també  formada  per  sucres  com   heptoses  (7C)  o  KDO  en  són  alguns  característics.     • Lípid   A:   ancoratge     a   l’àcid   gras,   a   través   de   dos   molècules   de   N-­‐acetilglucosamina   unides   entre   elles   per  un  grup  fosfat,  unides  a  un  àcid  greix  i  unides  a  KDO  (en  general).  Té  un   caràcter   endotòxic,   és   a   dir,   és   una   endotoxina,   que   pot   estimular   fagòcits   que   estimulin   citoquines   que   provoquin   febre   o   inflamació.   Pot   donar   problemes  tot  i  que  el  bacteri  no  sigui  patogen.       Les   porines   actuen   com   de   canals   de   molècules   hidrofíliques   de   petit   tamany.   N’hi   ha  de  dos  tipus:     -­‐ Específiques:  inclouen  molècules  específiques   -­‐ Inespecífiques:  qualsevol  tipus  de  molècula  de  petit  tamany     La  membrana   externa  és  una  important  barrera  de  protecció  contra  substàncies   antibacterianes   com   antibiòtics   o   desinfectants   antisèptics.   Són   molt   més   resistents  gràcies  a  la  membrana  externa  que  les  grams  positives.       En   l’espai   periplasmàtic   o   periplasma   trobem,   a   més   de   la   mureïna,   cations   bivalents   com   el   Mg   i   el   Ca.   Per   tant,   és   un   magatzem   de   cations   bivalents.   Hi   ha   enzims   periplasmàtics   com   la   fosfatasa   alcalina,   fosfatasa   àcida   o   penicil·linasa.   També  algunes  proteïnes  transportadores  de  sucres  i  aminoàcids.       La  lipoproteïna  és  el  nexe  d’unió  entre  la  membrana  externa  i  el  pèptidglicà.       La   mureïna   presenten   menys   ponts   transversals,   menys   capes   superposades   i   unió  directa  entre  tetrapèptids  ocasionalment.     Per   a   conèixer   la   funció   de   la   paret   bacteriana,     la   traiem.   Ho   podem   fer   amb   el   lisozim,   present   en   les   llàgrimes   o   la   saliva,   que   té   la   peculiaritat   de   trencar   els   enllaços   entre   els   dos   sucres   de   la   paret   desestabilitzant-­‐la.   Quan   la   cèl·lula   es   queda  sense  la  paret  l’anomenem  protoplast  que  és  diferent  a  l’esferoplast  que  és   una   cèl   bacteriana   amb   la   paret   destruïda   però   que   encara   queden   alguns   fragments.     També   ho   podem   fer   amb   penicil·lina   o   cefalosporina   (antibiòtics)   que   trenquen   els   enllaços   transversals   entre   els   tetrapèptids   de   cadenes   laterals.   És   més   casual   i   crea  esferoplasts  ja  que  el  trencament  no  és  tan  agressiu.     Sense  la  paret  el  bacteri  segueix  vivint  per  lo  que  la  paret  no  és  essencial  per  a  la   vida.  Però  sí  que  es  necessària   per  a  mantenir  la  forma  característica  del  bacteri.   També   te   una   funció   de   protecció   contra   les   diferents   pressions   osmòtiques,   per   tant   en   un   medi   hipertònic   el   bacteri   perdria   aigua   tenint   una   plasmòlisi   però   la   cèl·lula  pot  viure  amb  aquesta  plasmòlisi  tot  i  no  poder  créixer.  En  canvi,  quan  el   medi  és  hipotònic  entra  aigua  a  la  cèl  del  bacteri  i  en  provoca  la  lisi.                                       La   síntesi   de   la   paret   té   lloc   en   la   membrana   plasmàtica,   on   es   formen   les   subunitats   necessàries   que   es   van   transportant   de   la   membrana   a   la   paret.   Una   subunitat   està   formada   per   mureïna   i   tetrapèptid.   El   bactoprenol   ajuda   que   la   subunitat   de   membrana   passi   per   la   membrana   plasmàtica   fins   on   s’ha   de   crear  nova  paret.  L’autolisina  es  coordina   per   saber   quan   ha   de   tallar   la   paret   vella   per   col·locar-­‐ne   una   de   nova,   la   glicosilasa   no   és   tan   comuna.   El   bacil   només   renova   la   paret   quan   es   divideix   a   nivell  del  septe  de  separació  de  les  dues  cèl  filles.     Una  vegada  ja  tenim  els  sucres  hem  de  formar  els  nous  enllaços  transversals  que   ajuden   a   la   rigidesa   de   la   paret.   La   formació   d’aquest   enllaç   és   la   transpeptidació.   En  la  paret  no  tenim  recurs  energètic,  però  en  la  membrana  sí.  Llavors  per  a  que   tingui   lloc   la   transpeptidació   l’ha   dividim   en   dos   passos.   Primer,   quan   les   subunitats   es   sintetitzen   no   tenen   quatre   pèptids   en   la   cadena   colateral   sinó   5,   hi   ha   repetició   de   la   D-­‐alanina.  El  trencament  d’aquesta  molècula,   ja  a  la  paret  bacteriana,  ens  permet  alliberar   energia  i  formar  l’enllaç.     La  diana  d’acció  de  la  penicil·lina  doncs,  és  la   transpeptidasa   que   és   l’enzim   responsable   de  fer  la  funció  de  la  transpeptidació.       La   càpsula   bacteriana   és   la   coberta   present   només   en   determinats   bacteris   que   recobreix   la   paret.   De   gruix   variable   i   aparença   amorfa.   Si   parlem   d’una   càpsula   poc   densa   parlem   de   capa   mucosa   i   si   té   molta   densitat   una   estructura   fibrosa   parlem  de  glicocàlix.     La   composició   química   també   varia:   polipeptídica   (Bacillus)   o   polisacàrida   (generalment).     Les  seves  funcions  són:  ajudar  a  la  fixació  dels  bacteris  a  substrats  sòlids  facilitant   la   colonització   i   una   acció  antifagocitària,  per   lo   que   el   fagòcit   no   el   pot   destruir   (és   un   factor  de  virulència).     Per   saber   si   un   bacteri   té   càpsula   o   no   el   tenyim   amb   una   tinció   negativa   (xinesa)   que   dóna   color   a   l’interior   del   bacteri   i   no   a   la   càpsula.       El   flagel   és   una   estructura   determinada   que   dóna   mobilitat   en   la   majoria   de   bacteris,  important  en  la  seva  supervivència.  Té  una  estructura  filamentosa  amb  un   extrem  unit  al  bacteri  i  un  extrem  lliure.  La  quantitat  i  la  disposició  dels  flagels  és   un  criteri  de  classificació  de  bacteris.     En  funció  de  la  disposició:     • Monopolar:  situada  en  un  sol  pol   o Monòtrica:  només  un  flagel   o Lofòtrica:  més  d’un  flagel   • Bipolar:  situats  en  dos  pols   • Perítrica:  situats  per  tota  la  superfície     Està   format   per   una   única   proteïna   anomenada   flagelina   que   va   formant   el   filament  característic  unit  al  cos  basal  per  un  ganxo.  Li  dóna  caràcter  antigènic  al   flagel.  La  cua  conforma  la  part  externa  i  el  cos  basal  la  part  interna.  Hi  ha  uns  anells   perpendiculars   un   ancoratge   en   LPS   anomenat   L,   l’altre   en   la   mureïna   P   (pèptidglicà)  i  els  dos  darrers  en  la  membrana  citoplasmàtica  S  i  M.  A  més  trobem   les  proteïnes  fli,  commutadores  del  moviment,  i  mot,  motor  flagel·lar.         L’energia   per   a   provocar   aquest   moviment   prové   de   la   membrana   citoplasmàtica,  són  H+.       La   quimiotaxis   és   la   característica   que   fa   que   un   bacteri   estigui   atret   per   una   substància   o   repel·lit   per   una   altra.   És   a   dir,   la   capacitat   de   regular   el   moviment   bacterià   en   resposta   a   substàncies  químiques.  Si  es  sent  atret  parlem  de  quimiotaxis  positiva  i  si  es  sent   repel·lit  negativa.     Estudiant   els   moviments   del   flagel   podem   saber   si   hi   ha   un   moviment   erràtic   (aleatori  en  busca  d’estímuls)  o  rectilini  (per  quimiotaxis).       Les   fímbries   o   el   pili   són   també   apèndix   superficials   del   bacteri   però   molt   més   primes   i   curtes   que   els   flagels,   així   com   més   nombroses.   La   seva   funció   és   donar   capacitat   al   bacteri   d’adherència   als   substrats,   és   a   dir,   és   un   factor   de   virulència   que  afavoreix  la  colonització  de  les  mucoses.       El   pili   sexual   té   un   tamany   similar   als   flagels   però   no   té   res   a   veure   amb   la   mobilitat.  Només  es  forma  quan  hi  ha  un  procés  de  conjugació  (intercanvi  de  DNA   entre  els  bacteris).  Es  forma  a  partir  d’un  bacteri  cap  a  l’altra  i  només  s’ha  trobat   en   les   gram   -­‐.   Tot   i   que   no   vol   dir   que   les   grams   +   no   puguin   dur   a   terme   la   conjugació.       2.2  La  membrana  i  el  citoplasma  bacterià   La   membrana   citoplasmàtica  és  una  bicapa  lipídica  similar  a  la  de  les  cèl  animals.   La   primera   diferència   és   l’absència   d’esterols,   tot   i   que   els   micoplasmes   (sense   paret)  sí  que  en  poden  presentar  per  afavorir  la  rigidesa  de  la  membrana.  La  seva   ruptura  sí  que  provoca  la  mort  del  bacteri.  És  una  barrera  selectiva.       Està  formada  per  fosfolípids  i  proteïnes.     Els   fosfolípids   donen   fluïdesa   a   la   membrana,   necessària   per   a   que   les   proteïnes   siguin   actives.   Trobem   àcids   grassos   a   l’interior   i   el   glicerol   fosfat   en   contacte   a   l’exterior.   Una   major   presència   d’insaturats   afavoreix   la   fluïdesa,   per   contra   els   àcids   grassos   saturats   afavoreixen   la   rigidesa   (importants   en   l’adaptació   a   temperatura).     Les   proteïnes   es   situen   transmembrana.   Importants   en   el   transport   actiu,   les   anomenem  permeases.  Molt  específiques  de  substrat.  I  també  altres  proteïnes  per   a   fer   la   funció   de   respiració,   són   proteïnes   de   la   cadena   de   transport   d’electrons.   També  hi  ha  proteïnes  dedicades  a  la  biosíntesi  de  components  estructurals  de  la   paret.     Tot   i   no   presentar   esterols,   tenen   hopanoids   alguns   bacteris.   Amb   una   funció   similar  als  esterols  afavorint  la  rigidesa  de  la  membrana.       Els   ribosoma   bacterià   és   70S,   només   n’hi   ha   un   tipus.   S’assemblen   als   ribosomes   dels   cloroplasts   i   mitocondrials,   semblança   que   s’ha   de   tenir   en   compte   en   el   subministrament  d’antibiòtics  inhibidors  de  la  síntesi  proteica.       La  regió  nuclear  del  bacteri  no  està  envoltada  per  una  membrana.  És  fibril·lar.  El   DNA   és   circular  i  conforma  l’únic  cromosoma  del  bacteri.  A  vegades  acompanyada   de   molècules   també   circulars,   fora   d’aquesta   regió   i   de   replicació   autònoma   que   poden   donar   informació   nova   al   bacteri,   els   anomenem   plàsmids.   Aquests   plàsmids   no   són   essencials   per   a   la   vida   del   bacteri.   El   DNA   no   està   associat   a   histones.   La   regió   nuclear   ha   d’estar   en   contacte   directe   amb   la   membrana   citoplasmàtica,  fet  important  per  a  la  segregació  dels  cromosomes  a  les  cèl  filles.  El   perquè  d’aquest  contacte  obligat  és  l’absència  de  citoesquelet  en  cèl  procariotes.     El  genoma  bacterià  és  més  gran  que  el  mitocondrial  o  el  dels  cloroplast,  però  molt   més  petit  que  les  cèl  eucariotes.  Una  mida  intermitja.     El   nucleoide   (o   regió   nuclear)   bacterià   està   format   per   DNA   superenrotllat,   gràcies   a  l’associació  a  proteïnes  estructurals.                                       La   replicació   del   cromosoma   bacterià   és   bidireccional,  a  partir  d’un  únic  punt  fix.      La   divisió   bacteriana   és   binària   (a   partir   d’un  en  surten  dos).  La  replicació  del  DNA   va   associada   a   l’elongació   de   la   paret,   quan   detecta   aquest   creixement   de   la   paret   és   quan   el   cromosoma   és   replica.   Es   va   creant   un   septe   de   divisió   i   apareixen   nous  punts  d’unió  del  cromosoma  a  la  membrana  plasmàtica  facilitant  la  separació   del  material  genètic.         Les   substàncies   de   reserva   bacterianes   es   troben   en   forma   de   polímers,   que   són   osmòticament  inerts.  Hi  ha  diferents  polímers:     -­‐ Poli-­‐   beta-­‐hidroxibutirat:   reserva   energètica   per   a   la   polimerització   de   l’acetilCoA.     -­‐ Glucogen:   de   reserva   energètica   a   partir   de   polímers   de   glucosa.   Els   que   tenen  glucogen  no  tenen  poli-­‐beta-­‐hidroxibutirat.     -­‐ Polifosfat:   tenyits   amb   blau   de   metilè   s’observa   un   color   vermell   (metacromàtics  o  de  volutina).  És  una  font  de  fosfat  no  d’energia.         2.3.  Endospores   Quan   el   medi   ambient   no   és   l’adequat   impedint   la   supervivència   de   l’individu   es   dóna   la   formació   d’una   forma   de   resistència   per   part   dels   bacillus   (aeròbic)   i   clostridium  (anaerobi);  ambdós  grams  +,  que  coneixem  com  endospores.     Propietats  d’aquestes  endospores:     -­‐ Termoresistència:   arriben   a   resistir   10-­‐15’   a   100ºC.   Afavorida   per   la   pèrdua  d’aigua  i  la  secreció  de  dipicolinat  de  Ca2+.     -­‐ Resistència   a   agents   químics:   per   la   presència   d’una   coberta   de   gran   espessor  amb  diverses  capes.     -­‐ Resistència   a   la   dessecació:   la   pèrdua   d’aigua   està   delimitada   per   la   coberta.     -­‐ Es  tenyeixen  amb  dificultat  amb  els  colorants  ordinaris     -­‐ Metabòlicament  quasi  inactives.       La  localització  de  les  endospores,  la  diferent  morfologia  i  posició  en  l’interior  del   bacteri,    les  divideix  en:           -­‐ Terminal   -­‐ Subterminal   -­‐ Central   És  un  procés  reversible,  quan  les  condicions  ambientals  tornen  a   ser   favorables,   l’espora   germina   per   formar   una   cèl·lula   vegetativa   capaç   de   créixer   en   les   condicions   donades.   A   més   a   més,   es   poden   mantenir   viables   durant   molt   llargs   períodes   de   temps.       L’estructura   de   l’endospora   es   caracteritza   per   l’aparició   de   nombroses   capes:   exosporium   (condició   proteica),   un   seguit   de   capes   proteiques   i   lipídiques,   cutícula   i   còrtex   (no   es   tan   rígid).   Aquestes   capes   expliquen   que   no   hi   hagi   dessecació  i  que  sigui  molt  més  resistent  als  agents  químics.                       L’extrema   resistència   tèrmica   l’explica   la   presència   d’alts   nivells   de   dipicolinat   càlcic   (àcid   dipicolínic   més   Ca2+)   sintetitzats   en   el   moment   de   la   formació   de   l’endospora.   És   exclusiu   de   bacteris.   També   hi   contribueixen   les   SASPs   petites   proteïnes   que   s’associen   al   DNA   i   l’ajuden   a   donar   resistència   a   rajos   UV   (radiacions)  i  també  són  una  reserva  energètica  per  quan  l’espora  torni  a  ser  una   cèl  vegetativa.                 L’esporulació   és   un   procés   complex   on   actuen   grans   quantitats   de   gens.   És   un   fenomen  seqüencial  iniciat  per  la  formació  d’un  septe  asimètric,  a  diferència  de  la   divisió.     L’endospora  es  forma  en  una  part  del  citoplasma  de  la  cèl  vegetativa,  incloent  un   genoma  complet  al  seu  interior.     La  formació  de  dipicolinat  càlcic  i  la  pèrdua  d’aigua  es  correlacionen  a  l’adquisició   de  termoresistència.             ...