pared microbiología
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2.2 PARED CELULAR
UNIDAD 2 ESTRUCTURA MICROBIANA
¿LAS BACTERIAS TIENEN PARED CELULAR?
¿Cómo está compuesta?
¿Qué tan rígida es?
¿Para qué la necesitan?
¿Son iguales a las de los vegetales?
¿Es igual en todas las bacterias?
Muchos grupos microbianos comparten estructuras semejantes, lo que nos permite imaginar que son esenciales para su viabilidad, tal es el caso de la Pared celular.
La PARED CELULAR , permite a las bacterias, algas y hongos tener formas rígidas características.
Las bacterias tienen formas básicas esféricas, cilíndricas y curvas características debido a características debido a la presencia de su Pared Celular
LA PARED CELULAR BACTERIANA
•Es una estructura compleja, semirígida, responsable de la forma de la bacteria.La pared celular rodea la frágil membrana citoplasmática protegiendo el interior celular de los cambios en el medio ambiente.
•La mayoría de los procariotes poseén pared celular
•La principal función de la pared celular es prevenir la ruptura de las células cuando su presión interna es mayor que la de su exterior, esto ocurre cuando la bacteria se encuentra en medios exterior, esto ocurre cuando la bacteria se encuentra en medios hipotónicos.
La pared celular mantiene la forma de la célula bacteriana , sí fuese eliminada, el microorganismo se convertiría en una burbuja amorfa .
Sirve de anclaje a los flagelos , y distintos sistemas enzimáticos y receptoresestán enzimáticos y receptoresestán localizados en ella.
La interacción de la pared celular con el ambiente externo de la célula bacteriana determina su supervivencia.
ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR BACTERIANA
En gran proporción, la pared celular esta formada por un complejo macromolecular llamado péptidoglucano (mureína), que se encuentra solo ó en combinación con otras sustancias.
El péptidoglicano consiste en de unidades repetidas de un disacárido unido por polipéptidos formando una red que rodea y protege a la célula.
El disacárido del péptidoglicano esta compuesto por:
N-acetilglucosamina (NAG) y el Ácido N -acetilmurámico (NAM)
GLUCOSA + N-ACETILO GLUCOSA + N-ACETILO + AC.CARBOXIPROPIÓNICO
Enlace glucosídico β (1>4)
Estos 2 carbohidratos se enlazan por uniones glucosídicas β (1>4) formando una cadena de 10 a 65 azúcares, que constituyen la porción glucosídica de la pared celular
Las cadenas de NAM-NAG son unidas por pequeños péptidos que constituyen la porción peptídica de la pared celular.
La estructura básica del péptidoglicano esta constituida por una lámina en la que las lámina en la que las cadenas de derivados de azúcares se conectan entre sí por puentes peptídicos a través de los aminoácidos.
La parte peptídica del péptidoglucano en general, esta constituida por cuatro aminoácidos unidos al ácido acetilmurámico.
Los aminoácidos que con mayor frecuencia son encontrados en éste péptido son : D-Alanina, L-Alanina , Ácido D- Glutámico y/o D-Lisina ó bien Ac. Diaminopimélico. Este hecho es único pues los aminoácidos que se encuentran generalmente en otras proteínas son todos de la forma L.
Los aminoácidos se unen para formar una estructura repetida llamada el “péptido del glicano”, constituído por 4 ó 5 a.allamada el “péptido del glicano”, constituído por 4 ó 5 a.a
El Ácido Diaminopimélico (DAP) no ha sido encontrado en Archeas ni en Eucariontes
Se conocen más de 100 tipos distintos de péptidoglicano, su variación más importante se refiere al número de puentes al número de puentes peptídicos y al tipo de aminoácidos presentes.
PÉPTIDOGLUCANO en Escherichia coli.
PÉPTIDOGLUCANO en Staphylococcus aureus.
SÍNTESIS DE PARED CELULAR
TINCIÓN DE GRAM
Hans Christian J. Gram, 1853-1938
Diferencias entre bacterias Gram (+) y Gram (-)
Membrana externa
Las bacterias G(+) y G( - )muestran diferencias estructurales muy importantes.en su pared celular:
EspacioPeptidoglicano
Membrana citoplasmática
Espacio
periplásmico
Gram Positivas Gram Negativas
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM POSITIVAS
En el caso de Bacterias Gram positivas, el enlace se establece con frecuencia como puente interpeptídico mediante varios aminoácidos,cuyo tipo y número depende del microorganismo. Para Staphylococcus aureus, esta formado por 5 Glicinas.
Pared celular S. aureus (Gram+)
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM POSITIVAS
En bacterias Gram positivas se encuentran embebidos en su pared polisacáridos ácidos llamados ácidos teicóicos que contienen subunidades de glicerolfosfato ó ribitol fosfato.
Algunos de estos ácidos que contienen glicerol se asocian a los lípidos de la membrana, tomando el nombre de ácidos lipoteicóicos.
Algunos microorganismos como Bacillus, tienen ácidos teicurónicos como parte de la estructura de su pared celular cuando crecen en medios con bajas concentraciones de fosfatos.
Muchos patógenos Gram + presentan tipos especiales de glicopolímeros (CGW) en su pared celular además de los ácidos teicóicos
Estructura química de diferentes glicopolímeros de la pared celular de Gram Positivos
Al parecer la función de estos glicopolímeros es hacer más fuerte la pared celular
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM POSITIVAS
Debido a que la pared celular de las bacterias Gram (+) estan constituídas por una capa gruesa de péptidoglicano son más sensibles a la acción de la penicilina y lisozima y sus derivados, ya que estos antibióticos inhiben la formación de los enlaces peptídicos intracatenarios del péptidoglicano y glucosídicos entre NAM y NAG.
Antibióticos que afectan la síntesis de pared celular
Fosfomicina: Al parecer es análogo estructural del PEP, lo que lleva a la inactivaciòn de la enzima fosfoenolpiruvatodeshidrogenasa desarticulando la unión del UDP-NAG con el PEP.
Cicloserina : Se comporta como análogo estructural de la D-alanina por lo que inhibe la actuación de la racemasa que conviertela L-ala en D-ala, así como la reacción de unión de dos D-ala.
Tunicamicina : Inhibe la translocasa que cede el NAM unido al UDP y lo pasa la Bactoprenol.
Antibióticos que inhiben la síntesis de pared celul ar:
Bactoprenol.
Vancomicina y ristocetina :Inhiben la segunda trasnglucosidación es decir la unión de diversas unidades disacarídicas.
Bacitracina: Se une al undadecaprenol pirofosfato bloqueando su desfosforilación e impidiendo la regeneración del bactoprenol.
Penicilinas y cefalosporinas : estos derivados beta-lactámicos inhiben la reacción de entrecruzamiento por transpeptidación.
En bacterias Gram negativas la pared celular tiene una estructura más compleja. Esta formada de dos áreas separadas y una membrana extracelular adicional. Entre ambas se encuentra el espacio periplásmico y una delgada capa de péptidoglicano. El espacio periplásmico contiene una gran cantidad de proteínas entre ellas enzimas hidrolíticas,proteínas de unión y quimiorreceptores.
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM NEGATIVAS
Espacio periplásmico
Proteínas de acoplamiento para el Azúcares, aminoácidos, Proteínas
Degradantes ácidos nucleicos. Endonucleasas
Degradantes proteínas y péptidos . Proteasas
Degradantes, compuestos que contienen fosfato .
FosfatasasEnzimas hidrolíticas
FunciónEjemplos Tipo de enzima
PROTEÍNAS DEL ESPACIO PERIPLÁSMICO
Degradantes, la penicilina y compuestos relacionados antes de que tengan contacto con la célula.
β -lactamasas Enzimasdesintoxi-cantes
Percepción del medio ambiente y el cambio de comportamiento de la célula en respuesta a un estímulo.
Proteínas de quimiotáxis Quimiore-ceptores
Proteínas de acoplamiento para el transporte a través de la membrana.
Azúcares, aminoácidos, iones, vitaminas
Proteínasde unión a:
La membrana externa de la pared de Gram negativos no solamente esta compuesta por fosfolípidos, contiene además el LIPOPOLISACÁRIDO (LPS),lipoproteínas,
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM NEGATIVAS
(LPS),lipoproteínas, porinas y otros receptores.
EL LIPOPOLISACÁRIDO EN BACTERIAS GRAM NEGATIVAS
Estructura variable, hidrofóbica
KDO:Cetodesoxioctonato
Hep: HeptosaEstructura variable antigénica
Lípido AEndotoxina
Esta estructura esta formada por ácidos grasos que pueden tener 5,6,ó 7 cadenas de 10,12 ó 14 carbonos, unidos por un enlace amino éster a una molécula de glucosamina fosforilada. El LPS de enterobacterias suele presentar 6 cadenas en su estructura, aunque se conocen tipos con 5 y 7 cadenas de acilos. Recientemente se ha descubierto que estas variaciones en la estructura de su LPS dan ventajas a las bacterias patógenas como Salmonella, debido a que aumenta su resistencia al ataque del sistema inmune
La porción del LÍPIDO A suele ser tóxica y por ello el LPS suele citarse como una ENDOTOXINA
LPS de Escherichia coli
El LPS libre en solución (Endotoxina) puede ocasionar:
•Cambios en las cuentas de glóbulos rojos
•Coagulación intravascular diseminada
•Colapso vascular y eventualmente shock
•Inducción de fiebre por lo que se dice que es pirogénica
•En altas concentraciones puede ser letal
En Enterobacterias esta constituído por los polisácaridos de Galactosa, Glucosa,
Antígeno “O”
Específico
polisácaridos de Galactosa, Glucosa, Rhamnosa, Abecuosa, Manosa, Colitosa y Paratosa, en diferentes combinaciones en número y composición. En Salmonella se han encontrado 2500 serotipos diferentes y en E.coli se conocen al menos 180, debidos a la variabilidad química de esta estructura
Paratosa(3,6 Dideoxy-D-ribo-hexosa)
Glucosa
Monosacáridos del Antígeno “O”
Rhamnosa
Manosa
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM NEGATIVAS
La membrana externa de la pared celular de Gram negativas a diferencia de su membrana interna es relativamente permeable a pequeñas moléculas, esto se debe a la presencia de ciertas proteínas llamadas PORINAS.
Las porinas le permiten a las bacterias Gram negativas tener mayor permeabilidad debido a que estas actúan como canales de entrada y salida de sustancias hidrofílicas de bajo peso molecular. Estructuralmente constan de tres subunidades idénticas de proteínas transmembranales asociadas para formar pequeños canales de 1nm de diámetro.
Porinas inespecíficas: Actúan como
PORINAS
Porinas inespecíficas: Actúan como canales rellenos de agua.
Porinas específicas: Poseen sitios de unión para una ó más sustancias.
Más 50% Entre 10 y 20%
DIFERENCIAS ENTRE BACTERIAS GRAM (+) y Gram (-)
Característica Gram Positivas
Gram Negativas
Grueso de la pared 20-80 nm 10 nm
Número de capas 1 2
Contenido de lípidos y lipoproteínas
0-3% 58%
Contenido de proteínas 0% 9%
Lipopolisacárido 0 13%
Sensibles a penicilina + - (Poco)
Sensibles a lisozima + - (Poco)
PARED CELULAR EN ARCHEAS
Estos microorganismos presentan una gran variedad de tipos de paredes celulares.
Algunas de ellas, presentan una estructura parecida al péptidoglucano llamana PSEUDOPÉPTIDOGLUCANO formado por subunidades de N-acetil glucosamina y N-acetiltalosaminurónico, con enlaces Beta 1-3.
�Unidades repetitivas de NAG�ß(1-3)�NAT (N-acetil-talosaminourónico) �Del grupo –NH del NAT sale un tetrapéptido, con aminoácidos de la serie L �Cadenas se entrecruzan por puentes peptídicos entre aa(4) de una y di-aa(3) de otra
Pseudomureína (Pseudopéptidoglicano)
PARED CELULAR EN ARCHEAS
Algunas especies de Archeas carecen de pseudopéptidoglicano y están cubiertas por polisacáridos, glicoproteínas ó proteínas.
Por Ej. Las especies de Methanosarcina poseén pared celular compuesta de glucosa, ac. glucurónico, galactosamina y acetato.
Halococcus presenta paredes parecidas pero presentan adicionalmente una gran abundancia de grupos SO-4.
Sin embargo en general la forma más común de pared de las Archeas es la capa S paracristalina, que esta compuestas de proteínas ó lipoproteínas dispuestas en simetría hexagonal. Esta estructura se encuentra en Archeas dispuestas en simetría hexagonal. Esta estructura se encuentra en Archeas como los halófilos extremos, metanógenos y los hipertermófilos.
Sus funciones son idénticas a las de Eubacterias y son resistentes a penicilina y lisozima.
Capa S de Aquaspirillum serpens de simetría hexagonal
CÉLULAS SIN PAREDES CELULARES
En solución hipotónica
En solución isotónica
Protoplasto: Célula que ha perdido totalmente su pared celular
Esferoplasto: Célula que tiene restos de pared celular
Existen bacterias que no poseen pared celular como los Mycoplasmas (Bacterias) ó los Thermoplasmales (Archeas). Estos microorganismos son esferoplastos naturales poseén fuertes membranas poco comúnes ó bien viven en hábitats fuertes membranas poco comúnes ó bien viven en hábitats osmóticamente protegidos.
Colonias de Mycoplasmas con la forma característica de “huevo frito”
Debido a la falta de pared celular, los Mycoplasmas se adhieren a la membrana citoplásmica de la célula huésped,hidrolizando sus fosfolípidos y causando la lisis celular para obtener nutrientes.
El lóbulo izquierdo de estos pulmones de rata presentan un color púrpura-grisáceo(“empedrado”) debido a la acumulación de células inflamatorias en las paredes del pulmón con un colapso del alvéoloafectado (atelectasis).
�Formas L naturales: �Carentes totalmente (o casi) de PC que algunas bacterias generan espontáneamente en medios a base de suero (que son hipertónicos) �Ejemplo: Streptobacillus moniliformis�Colonias en forma de “huevo frito”
�Formas L inducidas : Tratamiento con penicilina en medio
FORMAS L
�Formas L inducidas : Tratamiento con penicilina en medio hipertónico
�L inestables: tratamiento breve; revierten PC �L estables: tratamiento prolongado; no revierten PC
PARED CELULAR EN VEGETALES
Celulosa
Formada por moléculas de glucosa unidas por enlaces β1-4
HemicelulosaHemicelulosa
Las hemicelulosas están constituidas por una gran variedad de pentosas, hexosas y sus correspondientes ácidos urónicos (productos oxidados en el C6),la xilana es una de las más abundantes en la pared celular y esta constituida por unidades de D-Xilosa conectadas por enlaces β 1-4.
Xilana
PARED CELULAR EN
HONGOS
Constituída por quitina( Polímero de N-acetil-glucosamina), algunas especies poseen microfibrillas de celulosa y otras presentan polímeros como mananos, galactanos ó quitosán
Quitina
Quitosan
La Quitina también esta presente en el exoesqueleto de los arácnidos, crustáceos e insectos
Quitosan
La Quitina se desacetila para transformarse en Quitosan y Quitano
LOS PROTOZOARIOS NO TIENEN PARED CELULAR