Tema 5 Fisiologia Bacteriana (FIB) (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Fisiologia Bacteriana
Año del apunte 2017
Páginas 25
Fecha de subida 09/07/2017
Descargas 1
Subido por

Descripción

Inclou els apunts del tema 5 corresponents a l'assignatura de Fisiologia Bacteriana. BLOC II: On és el menjar? Senyalització i transport.

Vista previa del texto

Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA On és el menjar? Senyalització i transport L’obtenció de recursos és l’últim terme guia de totes les activitats que fan les cèl·lules bacterianes. Aquesta obtenció depèn de dos coses: la primera és saber on són i la segona és poder adquirir-los. Si no se on són els recursos és igual tenir un sistema per poder agafar-los, no serveix de res. Si sé on son però no puc adquirir-los, igual.
Tots aquests sistemes es troben a l’envolta cel·lular. Necessito un sistema de transport del senyal per saber on són i necessito un transport de substàncies per poder adquirir-los. Les substàncies han de travessar la membrana.
Quina diferència hi ha entre transport de senyal i transport de substàncies?  el senyal no necessàriament ha d’entrar a la cèl·lula. Una cosa és el senyal i altra la que jo utilitzaré. No necessàriament s’ha de metabolitzar, és un senyal. El senyal ha de provocar una activació o canvi d’alguna cosa, però molts sistemes de transport també ho fan. El que passa és que el transport de substàncies té implicacions sobre el propi substrat i el transport de senyal té implicacions en moltes més coses. Per tant, hi ha diferències que són significatives però tots dos passen a la membrana. Un cop el senyal està dintre (senyals externs i senyals interns).
Els senyals externs han de passar per la membrana i m’ajuden a entendre que passa a fora. Els senyals interns no han de passar per la membrana perquè ja estan a dintre i m’ajuden a entendre com està la cèl·lula. Els senyals externs tenen proteïnes a la membrana que els reconeixen i els senyals interns no.
El buscar recursos és la part bàsica i als articles fan molt èmfasi. Qualsevol descripció o idealització de bacteri marquen molt l’exterior, sense genoma les cèl·lules poden viure un temps. Sense membrana les cèl·lules es moren a l’instant perquè deixa d’haver-hi diferència dintre-fora.
1 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Alcanivorax borkumensis i tot el que està a la membrana li donen molta importància. El que pot fer en relació a l’exterior marca una mica el que hi ha a l’interior.
Transport: el primer sistema de transport que hi ha és la difusió. Aquesta, es diferencia del transport perquè la seva característica bàsica és que sempre va a favor de gradient (sigui facilitada o simple) i en canvi el transport pot anar en contra de gradient. El problema d’una cèl·lula si sempre va a favor de gradient (glicerol) és que la concentració sempre ha de ser molt alta a l’exterior, sinó la velocitat baixa molt.
Les cèl·lules perquè creixen molt ràpid amb glucosa?  Són capaces d’acumular-la i capaces de transportar-la. Si acumulen glicerol a dins i no hi ha fora, el transport és 0.
La difusió té certes limitacions i hi ha coses que difonen molt ràpidament i d’altres que lentament.
Si la difusió fos simple, les cèl·lules serien capaces de transportar el glicerol a dins però si les concentracions a l’exterior no augmenten es perden recursos. Canals mecanoselectius, deixen entrar però no sortir.
El glicerol és el gràfic del mig. El de l’esquerre són aquaporines i es representen les escales de l’augment d’activitat. L’afinitat per l’aigua és molt gran i en canvi amb el glicerol són molt més baixes, necessiten més concentració perquè entri. Són selectius, passen el glicerol a glicerol-P i la concentració a dins és elevada i no pot sortir. La concentració de glicerol-P a l’exterior és 0.
2 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA El segon sistema són els simport i antiport. Per exemple, l’alanina i la glicina que entren amb un sodi... depenen de la concentració però poden anar en contra de gradient del solut que es transporta perquè compenso el gradient amb l’altre ió que es transporta. Sempre juguen les concentracions de dos substàncies. Són sistemes de transport depenent d’energia?  no hi ha ATP involucrat directament però si potser has necessitat una despesa d’energia per produir aquest gradient protònic, per generar aquest gradient iònic.
D’aquests sistemes d’antiport, simport... hi ha molts. Bàsicament són protons. Hi ha sodis, fosfat, magnesi... sempre que calculem això compta tant el gradient de concentració com el gradient de càrrega. Això ajuda al transport de la meva substància (sigui positiu o negatiu).
Els altres sistemes serien aquests: ATP binding casettes. Transporten sulfats que depenen de l’ATP, GTP... proteïnes que depenen d’energia directament, necessites sistemes generadors d’ATP. Aquests són molt abundants a la cèl·lula i hi ha una diferència molt evident entre eucariotes i procariotes: 3 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Els bacteris i arqueus són la línia lila i blava i els eucariotes són la línia verda.
Tendència de com més gran és el genoma, més bases té, més sisteme s ABC té, més sistemes de transport. Sistemes més versàtils corresponen a un genoma més gran. Agrobacterium serveix de vector i el Mesorhizobium també. Tenen vida lliure al sòl i tenen cicles complexes amb eucariotes. Sistemes de transport ABC. Quantitat de gens que tenen és gran.
El sistema ABC és molt fàcil d’identificar i bàsicament es componen de dos subunitats: o o Subunitat d’unió a la membrana Subunitat d’unió al nucleòtid 4 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Generalment travessen tota la membrana i el sistema d’unió al nucleòtid és on es dóna la hidròlisi de l’ATP que proporciona l’energia suficient per realitzar el transport.
Seqüències comunes entre organismes, fàcil d’identificar.
El sistema de transport té 3 fases: o o o Activació amb ATP Hidròlisi i alliberament del fòsfor inorgànic  transport de la substància Retorn al repòs. Retorn del grup fosfat.
Són dependents d’energia i poden anar en contra de gradient.
Si calculo la concentració de solut mirant la velocitat que porta. Velocitat enzimàtica, arriba a una saturació el transportador i poden tenir una velocitat molt més gran respecte la concentració de substrat.
Un cas específic de ABC serien les ATPases. Aquestes utilitzen el gradient protònic i poden utilitzar en el sentit de treure protons i formar ATP o entrar protons i consumir ATP.
L’altre sistema és el fosfotransferasa (PTS). No pot utilitzar sucres per aquest sistema de transport. Es tracta d’un sistema intern i hi ha una sèrie de cascades entre diverses subunitats i després quan arriba a l’enzim E2A pot ser diferent en funció del sucre.
Hi ha una part comuna del procés (HPR, P1) i després una part específica pel sucre.
E2A específic per la fructosa, pel mannitol... entre aquest E2A i el E2B o E2C és quan hi ha particularitats. Lliure al citoplasma, fixat al transportador, ser doble... el funcionament, però, és sempre el mateix. Es fosforila E2, passa al C, al D... i es fosforila abans d’entrar. Guanyes un pas i transportes la substància i l’actives.
HPR està connectat amb proteïnes que reuneixen les dues coses: transporten i senyalitzen.
5 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Sistema de transport en sucres dels Firmicutes. En què es diferencien els sistemes? Part comuna  part interna que “monitoritza” l’estat de la cèl·lula. Parts variables: on es transporten els sucres.
Els enzims claus en la regulació són el E2A glucosa i l’HPR (molècula interessant en Firmicutes perquè es pot fosforilar en dos llocs i això significa que la podem activar fosfortilant-la de dos maneres. La resposta és completament diferent en funció del lloc on es fosforila.
Aquest sistema és molt semblant al d’E. coli. El regulador principal és l’E2A glucosa en funció de si està fosforilat o no: o o Si no ho està, inhibeix tots els altres sistemes de transport del carboni. En aquest cas, es tracta de sucres no PTS per E. coli.
Quan està fosforilat dóna el fòsfor al E2B perquè doni la glucosa. El E2A fosforilat vol dir que no hi ha glucosa i per tant s’activen altres sistemes d’utilització o de transport de sucres que són els que es reprimeixen quan hi ha glucosa. Si hi ha glucosa gasto el fòsfor del E2A i consumeixo tot això. La glucosa reprimeix l’operó lactosa.
El sistema de transport de sucres en realitat és un sistema de regulació de l’estat real de la cèl·lula relacionat amb el carboni. Indiquen l’estat o situació en que està la cèl·lula en funció de la disponibilitat de carboni.
6 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Aquesta és la part central, part de regulació (PEP, E1, HPr...). A la imatge només tenim representat el sistema de transport de la glucosa però en realitat hi ha varis. No hi ha eleccions, són dos grups gènics importants.
CcpA i YesS són dos reguladors de múltiples gens. Aquests gens actuen sobre el comBOX, el qual consisteix en una seqüència de nucleòtids que està regulant els gens.  Regulen moltes coses, com per exemple el fet de que quan hi ha poc carboni aquest entra a la cèl·lula i es produeix una adaptació per l’estrès i disminueix l’activitat enzimàtica general. La cèl·lula entra en l’estat en que necessita pocs recursos per no desestabilitzar l’homeòstasi, les condicions internes. O bé utilitzen o activen sistemes addicionals, alternatius, d’ús del carboni. Sistema important pel metabolisme de la cèl·lula.
El que representa la figura dels Firmicutes. HPr pot fosforilar amb una histidina o serina: o o Histidina activa els gens Yes Serina activa els gens CCP.
7 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Lo altre és molt semblant a lo que havíem vist. El transport de la maltosa, glicerol...
Evidentment, a les cèl·lules com Streptococcus hi ha un sistema semblant (bastant extens als grups bacterians). Hpr, E1, ... Molts bacteris el que tenen és diferent manera de transportar les coses. E. coli no tota la glucosa es transporta per un sistema PTS.
Sistema de transport de sucres: lactosa, galactosa, glucosa...
Glucosa: el bacteri té dos sistemes PTS diferents. Això funciona com els altres. I després té un sistema addicional, no funciona amb PTS.
8 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA o o Quan el producte o substrat es transporta a l’interior, el sucre està fosforilat.
Els que no funcionen amb PTS, es fiquen a l’interior de la cèl·lula sense fosforilar i més tard són fosforilats.
Per E. coli la lactosa és un sucre PTS. De sistemes PTS amb dímers hi ha pocs. Això vol dir que no podem classificar els sucres amb PTS i no PTS si no tenim en compte el bacteri que treballem. Estaran regulats de forma diferent segons el bacteri que sigui.
 multiplicitat funcional. Tenen diferents vies per metabolitzar el mateix sucre és perquè hi ha regulacions diferents segons les condicions.
Transport de potassi o de les sals: exemple d’E. coli. Trobem altre cop la multiplicitat funcional. Hi ha diferents canals (concretament 5) que funcionen pel transport de potassi. Necessitem més d’un i això normalment passa quan el substrat que es transporta és molt important per la cèl·lula. El potassi ajuda a regular la pressió osmòtica, la homeòstasi de l’interior. Necessitem entrar potassi ràpidament i en condicions varies.
Tenim diferents sistemes que varien en funció de l’activitat de transport. Alta afinitat, baixa afinitat... la concentració de potassi i la velocitat enzimàtica cap a l’interior o cap a l’exterior. A part del sistema d’entrada de potassi, la cèl·lula té uns sistemes Keff (potassi eflux) que treuen el potassi. L’hem de voler treure quan està diluït.
Corba amb molt poc substrat i l’afinitat no és ni baixa ni alta però hi ha una baixa constant de semi-saturació (alta afinitat) amb una Ks petita. Quan la afinitat és baixa necessitem que la concentració augmenti molt per anar a la velocitat màxima. Ks gran.
Això vol dir que tenim dos sistemes que funcionen igual però les condicions canvien (concentració de potassi). Si és baixa funciona millor amb una alta afinitat, ha d’estar activat respecte l’alta afinitat. Si necessitem transportar molt potassi necessitem el sistema de transport amb baixa afinitat.
9 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA De sistemes d’aquests hi ha induïbles i constitutius. En situacions en que necessito potassi activo altres sistemes per entrar potassi.
Sistema que regula això està regulat per la concentració de potassi a fora i per la pressió de turgència a la cèl·lula. Tinc un sensor, no un transportador de potassi, KDPD. En funció de la pressió osmòtica exterior realitza un canvi conformacional i es fosforila o es desfosforila i el que fa és tenir diferents activitats. El regulador intern, KDPE fomenta o inhibeix la fosforilació del KDPD. Aquest KDPE en funció de la concentració de potassi fosforila o desfosforila el senyalitzador: o o Quan esta fosforilat KDPD  fosforila a KDPE Quan KDPE està desfosforilat  desfosforila a KDPD.
10 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Quan la concentració de potassi a la cèl·lula és baixa, activa una sèrie de gens kdpFABC i s’activen transports de potassi addicionals per entrar potassi a l’interior.
Sistemes de secreció: consisteixen en treure coses cap a fora. Classes diferents.
Transportadors de diferents tipus. Són proteïnes d’excreció i serveixen per diferents coses. Resistències a antibiòtics  funciona amb sistemes de bombes d’eflux. No té efecte a ribosomes i DNA, la cèl·lula té un sistema molt efectiu de tirar-los cap a fora.
La resistència als metalls pesats... coses que serveixin des del punt de vista de les proteïnes, localitzar-les a la envolta cel·lular i eliminar toxines cap a l’exterior.
11 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Aquest sistema localitza proteïnes que estan unides a la membrana externa, banda externa de la membrana externa, proteïnes que formen canals que ocupen tot... el fet que es col·loquin en un lloc o un altre és espontani i de vegades és actiu.
El sistema de transport pot ser de dins cap a fora (total) o bé un transport fins a l’espai periplasmàtic i després cap a fora... hi ha mil situacions.
Classificació pot ser diferent. En la diapositiva anterior sistemes SAC SEC i ara tenim sistemes TAT. Ens quedarem amb la classificació de “tipus 1, tipus 2...” perquè és més fàcil de recordar.
Sec són els primers que s’estudien, fàcils d’identificar i corresponen als tipus 5.
Proteïna plegada de forma final o no, intermediari periplasmàtic i després acaba fent-la fora. Hi ha un Sec específic per cada proteïna que es transporta i els canals exteriors poden ser específics o generalistes.
Canals sense intermediari periplasmàtic corresponen als tipus 4, 3 i 1. La proteïna es transporta cap a fora. El tipus 3 i tipus 4 s’anomenen secretons. Són sistemes que transporten les proteïnes, normalment transporten toxines i indueixen la patogènia de l’hoste sempre i quan reconeguin l’hoste. Al reconeixement de la cèl·lula hoste es secreta la toxina al seu interior. El sistema de tipus 3 ens recorda al flagel, és exactament l’estructura igual que el flagel. Disc intern, extern... però l’únic que no té és el motor i el canvi de sentit de gir, però si té la zona d’anclatge. Tenen la mateixa via evolutiva, és a dir, han evolucionat paral·lelament el flagel i el sistema de transport. No sabem qui va ser primer.
12 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Els tipus Sec tenen una característica que els fa relativament fàcils d’estudiar, identificar i fer producció heteròloga de proteïnes i sigui exportada a l’exterior (biotecnologia) perquè el medi pot ser molt gran i tu pots anar produint. Si la proteïna es queda a l’interior hi ha el límit de la cèl·lula. En molts casos funcionen i altres no, és fàcil etiquetar una proteïna perquè sigui transportada per tipus Sec.
El pèptid senyal reconeix que aquella proteïna esta etiquetada i s’ha de transportar a l’exterior. A sota tenim la seqüència de com funciona això. Tots els sistemes tenen més o menys les mateixes subunitats i tenen pèptids senyal amb més o menys les mateixes estructures i característiques reconegudes per una xaperona i evita que es plegui incorrectament. El que evita el plegament i el transport al citoplasma es Sec b, això passa a Sec A i després a SecYEG. Això implica que hi ha una despesa d’ATP i després, finalment, es plega.
Necessitem ATP, l’energia la qual fa que la proteïna es vagi movent cap a l’exterior.
Aquests sistemes estan relacionats amb una peptidasa, i hi ha un moment en que el pèptid senyal es trenca i no es transporta cap a fora. Un cop s’ha trencat la proteïna transportadora es pot plegar en forma activa i es transporta allà on sigui.
13 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Signal recognition particle  té una part proteica i una part de RNA (amb activitat). Si la proteïna tradueix un pèptid senyal reconegut pel signal recognition particle s’uneix al ribosoma, s’atura la traducció i transporta al ribosoma a una altra proteïna fins a interactuar al sistema Sec, al sistema de transport. La traducció de la proteïna es fa en el mateix moment que es transporta cap a fora i això pot tenir repercussions negatives per la cèl·lula. No es poden controlar, es comporten així. Implicació de RNA petit a la traducció funciona amb el contacte amb aquest sistema de transport.
Sistema Tat funciona semblant al Sec però les proteïnes de senyal i reconeixement són diferents. Imatge real de secretons (transportadors tipus 3). Els transportadors estan localitzats a la membrana i hi ha ampliacions del sistema. Part basal del flagel.
Secretons, secreten toxines a l’interior de la cèl·lula hoste. Es poden reconèixer tots els elements i els que estan més clars són la part del motor i canvi de sentit de gir són les parts que falten al sistema de transport.
14 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Senyalització: En aquesta cèl·lula nostre ideal també tenim el TonB-dependent receptor, el qual no transporta res sinó que transporta senyals, molècules de senyalització. Deixaríem de banda el transport de substàncies i anem a veure quins sistemes de senyalització hi ha per transportar o reconèixer senyals.
En relació al moviment  el moviment i la quimiotaxi ja l’hem fet i serà repàs i creu que el moviment és el que reflecteix més el títol del bloc.
Article interessant  els “cinc” sentits dels bacteris. Sistemes de detecció de senyals i els compara amb els nostres 5 sentits. Els organismes superiors són més específics i intervenen moltes més activitats, recursos, funcions i als bacteris no.
Aquesta comunicació i sensibilització marca unes línies d’investigació molt potents en microbiologia.
Quan estan dins o fora de l’hoste ho saben detectar i saben activar una sèrie de processos. Simbiosi. Patogènia i simbiosi són els casos que coneixem de bacteris i hostes més complexos (multicel·lulars) i una part important que depèn de sentir l’estat en el què estàs són els biofilms. Com es generen els biofilms?  Les cèl·lules es posen d’acord amb elles i modulen la seva activitat cel·lular.
o o o Patogènia: colonització i invasió de cèl·lules hoste (temperatura, pH, nutrients, O 2, osmolaritat).
Simbiosi: establiment de relacions beneficioses entre organismes (calamar-Vibrio fischeri o Lleguminosa-Rhizobium sp.) (quimiotaxi).
Biofilms: associació a superfícies millora la supervivència (quòrum sensing, quimiotaxi, osmolaritat, sensibilitats a càrregues).
Els sistemes de detecció de senyals s’anomenen sistemes HAP. Aquests són els més abundants. Es composen de coses que ja hem vist en totes les diapositives que hem anat passant aquests dies. Els sistemes HAP es poden anomenar sistemes de dues components i evidentment com el seu nom diu tenen dos components: o Senyalització externa que té un contacte amb l’exterior: KdpD i KdpE. Aquest sistema s’anomena HPK normalment i això és la histidina fosforilasa, una quinasa que fosforila una histidina.
15 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA o L’altre component normalment és intern i s’anomena RR (response regulator, regulador resposta).
Hi ha una proteïna que detecta el senyal (HPK) que genera un canvi i una fosforilació en una histidina i un cop fosforilat és capaç de reconèixer al RR i genera una fosforilació amb un aspàrtic.
Si hi ha una proteïna quan esta fosforilat pot activar amb el DNA i pot activar o reprimir gens.
Quants sistemes hi ha de senyalització al genoma?  % de gens o sistemes HAP en funció del genoma. Com més gran el genoma més sistema de senyalització cel·lular.
Punts vermells es surten de la línia i es que tenen més sistemes HAP a la cèl·lula del que els hi tocaria. Aquests sistemes són simbionts però generalment són bacteris que son molt versàtils des del punt de vista metabòlic. Són capaços de créixer en 16 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA condicions molt diferents i han de ser capaços de detectar aquestes condicions per adaptar el seu metabolisme i créixer aquí.
Els que tenen molt menys sistemes HAP només poden viure en un tipus de condició.
Els sistemes HAP estan distribuïts en el genoma, per tot el genoma. No es troben localitzats en un sol punt. Això té certa lògica. Per tant, es poden haver rebut de forma continuada durant el procés evolutiu. Barres de colors son els sistemes HPK, RR... són abundants i estan repartits per tot el genoma cel·lular.
Sistemes HAP: Che, és el de la quimiotaxi. Aquest sistema de quimiotaxi té una cosa contradictòria. No detecta l’exterior. El primer component del sistema HAP o CheA està a dintre. Quan un sistema de quimiotaxi que permet anar cap a on esta el substrat (exterior) em cal un receptor, alguna cosa a l’exterior que detecti el substrat. Les proteïnes MCP són aquells 5 sentits dels bacteris. Tots aquests receptors interaccionen amb els sistemes HAP. Detecten coses diferents. Economitzes un sistema per múltiples sensibilitats a l’exterior.
17 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Exemples dels sistemes HAP: estructuralment poden ser molt diferents però funcionen de la mateixa manera.
a) Osmolarity sensing: és el més simple i està relacionat amb la homeòstasi, regulació osmòtica, i regula els canals o porus de la membrana externa en funció de si necessiten més soluts o menys a l’interior de la cèl·lula. Té dues components.
H representa una fosforilació amb histidina. D representa una fosforilació amb aspàrtic.
b) Oxygen sensing: és aerobi o anaerobi i la complicació que té és que el sensor és multicomponent. Hi ha una cadena de fosforilació H  D  H i aquesta actua com a regulador. Compliquem estructuralment el sensor.
c) Chemosensory: quimiotaxi, moure’s cap al substrat i no té sensor a fora.
Necessita un sensor addicional al sistema de dos components: CheA i CheY però necessita un sensor. Pot ser més o menys complex però en principi no hi ha fosforilacions, però si té dos reguladors de resposta amb dos funcions diferents.
d) Sporulation regulation: sistema d’esporulació, està molt ben regulat i hi ha un regulador de resposta final (Spo0A) però necessita d’una cascada de fosforilacions més o menys complexes. A diferència dels altres, hi ha dos sensors que interactuen sobre el mateix regulador primari i un sensor rep funcions internes i l’altre sensor les externes. Quan un sistema és com aquest, abans de la funció final hi ha fosforilacions i això son punts addicionals de regulació. Activar la esporulació és un punt de no retorn per la cèl·lula, o fa una espora o es mor. Ha de tenir diferents punts que abans d’activar-la pugui tornar enrere. Es poden fosforilar i desfosforilar per tal de no activar la esporulació, es reseteja el sistema i ha de tornar a començar. En processos molt dràstics per la cèl·lula hi ha regulacions d’aquest tipus.
Els sistemes HAP més abundants eren aquests. Hi ha altres que són els eSTKs (eukaryotic like serine threonine kinase) i eSTPs (eukaryotic like serin treonin fosfatase) Als eucariotes també hi ha sistemes HAP però canvia l’estructura de les proteïnes que hi participen.
18 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Són molt abundants en Mycobacterium i en bacteris grampositius ja que hi ha molts que pertanyen a espècies patogèniques. El tipus de funcionament és molt simple, és el mateix: Monòmers. Receptor o sensor. Es dimeritza i la subunitat interna té activitat quinasa i fosforila. S’activa i es torna a dimeritzar, pot activar el regulador de resposta o bé activar només la subunitat interna del sistema de senyalització i un cop activat activa diversos reguladors de resposta.
La part exposada a l’exterior pot ser molt variable i la variabilitat de coses que poden detectar els receptors és molt gran perquè l’estructura proteica exterior és molt complexa i variant.
La part de dalt hi ha una part negra que posa TM i això és el domini transmembrana, el qual travessa la membrana del bacteri. Vermell és la fosfatat quinasa interior i la part variable és la part proteica exposada a l’exterior, on es detectarà el senyal. De vegades no se sap com és. Les funcions que fa són molt diferents. En alguns casos se sap perquè serveix.
Dos factors sigma alternatius (sigma H i sigma F) i interactuen amb la RNA polimerasa i activen diferents gens específics. Altres llocs interactuen amb una proteïna i l’activen però no se sap quins gens s’activen.
En la majoria de casos és resistència a condicions d’estrès. Importància dels inhibidors per evitar la tuberculosi.
19 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Quimiotaxi L’efecte de la quimiotaxi a partir d’un sistema HAP indueix moviment. Els MCP són metil acceptin chemotaxis protein. A E. coli hi ha diversos, 5 tipus diferents. Són proteïnes molt grans, tenen un domini transmembrana i per tant exposen la part del lligand allà on interactuarà l’agent a l’exterior. En bacteris gram negatius es dóna a l’espai periplasmàtic i reben senyals de coses que poden travessar la membrana externa. Si no poden travessar, no s’activarà. La membrana externa és molt porosa i s’assembla a la membrana interna. Soluts, sucres, aminoàcids, nucleòtids... difonen lliurement.
Té un domini llarg que pot interactuar amb dues proteïnes: CheB i CheR que poden metilar i desmetilar les subunitats dels receptors. Tenen múltiples llocs de metilació (4, 6, 8... llocs de metilació, depèn de la proteïna).
El sistema té una proteïna acompanyant CheW. Aquesta és la primera proteïna del sistema HAP, CheA i després el CheY i CheB. CheB desmetila i té funció de metilació dels MCP. El CheY tampoc regula gens sinó que té la funció de canviar el sentit de gir del motor del flagel. Cascada de fosforilacions.
El sentit de gir és en sentit horari (clockwise o CW) o antihorari (counter clockwise o CCW). El flagel pot tenir tots dos sentits de gir. Amb aquest moviment simple, la cèl·lula el que pot fer és explorar un determinat ambient i direccionar el seu moviment cap allà on vol. Això ho fa variant la llargada dels desplaçaments longitudinals. Si està en la direcció correcta farà una carrera llarga. Si està mal direccionat farà una carrera curta i canviarà de direcció.
20 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Carreres (CCW) i capgirells (CW). El que determina la direcció en la qual la cèl·lula es mou és el capgirell, la cèl·lula no ho pot controlar. La cèl·lula gira sobre si mateixa i queda orientada a una determinada posició. Si durant aquesta translació no detecta augment de la substància a la qual vol anar, fa una carrera curta i torna a girar. Si detecta la substancia farà una carrera llarga. Va alternant aquestes dues coses: carrera i capgirell.
Per les cèl·lules son molt difícils les carreres, són molt curtes. Si la cèl·lula està lluny ha de tenir una manera de recordar com de lluny està de la substància atraient. Si no existeix aquest sistema d’adaptació i record no es pot saber com de lluny estàs.
Canvia la sensibilitat cap a l’atraient. Necessito que la concentració augmenti més i estigui en bona direcció si la concentració és alta i augmenta. Faré una carrera llarga.
MCP hi ha fins a 5. Alguns autors consideren que el MCP 5 no és un propi sistema MCP. Tenen diferents noms. Aquests MCP (proteïna llarga) poden tenir diferents receptors addicionals. Aquests receptors el que fan és modular els atraients perquè siguin sensibles a altres coses.
MPC2  no és capaç de detectar la maltosa però en presència del receptor de maltosa permet que hi hagi detecció i quimiotaxi positiva cap a la maltosa.
MCP1  hi ha molts (10-11) i de MCP4 hi ha només 1. Els experiments que es fan amb les cèl·lules demostren que el fet que hi hagi pocs no és que detectin menys. El MCP no està dispers per la cèl·lula, formen un grup cohesionat i estructura complexa gran a un pol de la cèl·lula i cooperen entre ells. Si un sensor rep un senyal, el transmet als MCP i accentua la sensibilitat. El grau de resposta és la mateixa encara que hi hagi pocs.
MCP5 o Aer  presència d’oxigen o no. Estructura proteica tridimensional diferent i per això no està a la taula.
21 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Els pols de la cèl·lula són estructuralment diferents de la part central. Els sistemes MCP es situen en un dels pols, no estan dispersos per tot arreu. Una cèl·lula vermella fusionada amb GFP i on tenim la fluorescència és on estan els MCP. La majoria sempre estan en una punta. Això és el que comentava de que estan tots junts. 10-11 MCP 1, 6 MCP2 ... el fet d’estar 6 junts ajuda a cooperar entre ells, amplificar el senyal.
Això s’estudia com a tethered cells i amb E. coli és bastant fàcil d’estudiar perquè només hi ha dos moviments (sentit horari o antihorari). Es modifiquen els bacteris i s’elimina el flagel. El ganxo s’enganxa a les cèl·lules en el lloc on estava el flagel.
Cèl·lules identificades, tires estímuls i mires la resposta que tenen. Veus un sentit de gir. Comptes les vegades que canvia de direcció de gir cada cop, estudiar la funció dels gens i veure si les substàncies són atraients o no.
Abans hem parlat de l’adaptació. És una part important. Les cèl·lules tenen 0.1 segons capgirell (sentit horari) i 1 segon de carrera (sentit antihorari). I això es va repetint. La manera de mirar-ho és amb les cèl·lules enganxades i realitzant gràfics on tenim la població de cèl·lules que estem mirant i si no hi ha cap estímul les cèl·lules van canviant de carrera a capgirell al seu ritme però la proporció de cèl·lules que està en sentit antihorari és constant al llarg del temps. No sempre són les mateixes però la proporció de cèl·lules si és la mateixa.
Proporció CCW (%) en front el temps és una recta horitzontal.
Si mires una cèl·lula individual va canviant. Però ara estem mirant població.
22 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Si posem un estímul, imaginem que és la glucosa, augmento la concentració i què passarà?  Les cèl·lules detecten la seva presencia i les atrau, fan carreres més llargues i passen d’1 segon a 3 segons. La proporció de cèl·lules en sentit antihorari puja respecte el temps. Tenim un període d’adaptació a la rebuda de senyal i després un període de resposta.
Si la concentració de glucosa es manté constant, les cèl·lules que faran?  Si baixen vol dir que tornen a la cadència normal (0,1 segons) de les cèl·lules que no tenen quimiotaxi positiva. Però estan en una concentració de glucosa gran. El fet de baixar vol dir que si torno a augmentar la concentració de glucosa les cèl·lules es troben en una situació basal i tenen la capacitat de tornar a respondre. Si les cèl·lules estan sobreexcitades a dalt no responen, es mouen a l’atzar perquè la concentració de glucosa és la mateixa i estan a les carreres màximes, la capacitat de rebre estímuls és molt baixa.
Han de tenir la capacitat de recordar, han de tenir el grau d’excitació basal. Les cèl·lules han de ser capaces de rebre un nou estímul. En aquesta adaptació o record juguen un paper important la metilació dels MCP.
23 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Quan no hi ha atraient al medi, el CheA es fosforila molt ràpidament i un cop fosforilat pot fosforilar CheB o CheY. El CheY fosforilat es pot desfosforilar sol (espontàniament) o CheZ el desfosforila més ràpidament.
Quan CheY està fosforilat canvia el sentit de gir del flagel i passa de horari a antihorari, passa de carrera a capgirell. Quan no hi ha atraient, la cèl·lula té aquesta via molt activa i fosforila contínuament CheY i va canviant el sentit de gir contínuament (capgirell). Fer capgirell vol dir capacitat d’explorar. Si fas carrera però la fas en la direcció incorrecta no explores res. Fer capgirell és a l’atzar però vol dir capacitat d’explorar.
Si continuem que passa, posem un atraient aquí dalt i hauria de passar que s’elimina o disminueix la capacitat de fosforilar CheA, això fa que no es fosforili tant CheY i no canvia tant el sentit de gir, no hi ha tants capgirells.
Hi ha una proteïna addicional CheR que és una san-metil-transferasa i és un enzim modificat que agafa una S-adenosil-metionina, metila els MCP. Aquest grau de metilació dels sensors està activat per la quantitat d’atraients que hi ha. El grau de metilació fa disminuir la sensibilitat cap a l’atraient. Com més atraient, més metilació.
Si metilo MCP, no interactua, torno a les condicions inicials. La capacitat de fosforilació de CheA és molt alta, la de CheY també i la freqüència dels capgirells és molt alta. Al metilar la proteïna canvia la estructura i canvia l’afinitat. Quan tenim molta afinitat amb un enzim, la concentració molt baixa satura la resposta i si es satura no hi haurà més resposta. Ha de baixar l’afinitat.
Si tens baixada l’afinitat, com detecta la cèl·lula que esta en la direcció correcta?  Si augmenta la concentració. Molt atraient, afinitat baixa, disminueix la fosforilació de CheA i la de CheY, no hi ha tant canvi de gir i les carreres són més llargues.
Quan ja no hi ha atraient necessitem que es desmetili. S’acaba l’atraient i està totalment metilat, si la cèl·lula es manté així la cèl·lula no detectarà concentracions petites d’atraient. Ha de tornat al grau d’afinitat màxim. Treure els metils de CheB i aquest és un competidor de CheY. Desmetilar els MCP i tornem a l’afinitat alta. Això serveix a les cèl·lules per adaptar-se i recordar.
CheR metila i CheB desmetila i es fosforila. CheZ té activitat basal. Molta fosforilació de CheA fa que es fosforili tant CheY com CheB. CheB és lleugerament menys afí que CheY per la fosforilació de CheA. CheB només es fosforila quan hi ha molta fosforilació de CheA. CheR i CheZ van fent sempre. CheR està afectat per l’atraient.
SAM es un compost, és un adenosil amb una metionina. CheR treu el metil de la Sadenosil i el posa al MCP. L’enganxa als llocs de metilació. Transmetilació, treu un metil d’un grup activat i posar-lo als MCP. S-adenosil-metionina. Si elimines a la cèl·lula la capacitat de sintetitzar S-adenosil-metionina el sistema queda inactivat.
Pregunta d’examen: imaginem que és una cèl·lula salvatge amb l’estímul a la glucosa. Què passaria si faig el mateix experiment amb un mutant defectiu CheB? (És a dir, no té CheB).  Perdem les desmetilacions i, per tant, sempre estaran metilats, es mantindria constant (gràfic horitzontal+pujada+constant).
24 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 FISIOLOGIA BACTERIANA Si faig un mutant CheA es mantindrien constants des del primer moment (RECTA HORITZONTAL A LA PART ALTA), no es fosforila CheY i no hi ha alternança de capgirells i carreres. El percentatge de cèl·lules en carrera és 100% i això és que no responen a l’atraient, smooth swimming. L’única manera de que les cèl·lules puguin canviar el sentit de gir en aquest cas seria que les cèl·lules xoquessin entre elles.
25 ...

Tags:
Comprar Previsualizar