pared celular

UNIDAD 2
ESTRUCTURA MICROBIANA
2.2 PARED CELULAR
¿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?
2.2 Pared celular: estructura, composición
química y función de las paredes celulares
de Eukarya, Archaea y Bacteria. Células
carentes de pared celular naturales e
inducidas.
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 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 poseen 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 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 receptores están
localizados en ella.
La interacción de la pared
celular con el ambiente
externo de la célula bacteriana
determina su supervivencia.
Péptidoglucano o Mureína
Saco de mureína
asilado de E. coli
y visualizado con
microscopía
electrónica.
El disacárido del péptidoglicano (mureína) esta compuesto por:
N-acetilglucosamina (NAG) y
el Ácido N-acetilmurámico(NAM)
GLUCOSA + N-ACETILO
GLUCOSA + N-ACETILO +
AC. OXIPROPANOICO
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 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.a
El Ácido
Diaminopimélico
(DAP) no ha sido
encontrado en
Arqueas ni en
Eucariontes
Enlaces en la pared
§ Gram positivas
§ Gram negativas
Se conocen más de
100 tipos distintos de
péptidoglicano, su
variación más
importante se refiere
al número de puentes
peptídicos y al tipo de
aminoácidos
presentes.
PÉPTIDOGLUCANO en Escherichia coli.
PÉPTIDOGLUCANO en Staphylococcus aureus.
SÍNTESIS DE PARED CELULAR
Ensamblaje
de la pared
celular
El ensamblaje de las
subunidades de la pared
celular ocurre en el lado
citosólico de la MI. Los
precursores de azúcares
UDP-activados son
montados sobre un
portador poli-isoprenoide
(BACTOPRENOL), estos
forman el Lípido II (b), que
entonces es transportado a
través de la MI por un
mecanismo desconocido.
Nature Reviews Drug Discovery 5, 321-323 (April 2006)
uridina
http://www.scielo.br/img/revistas/qn/v31n2/a33fig01.gif
Ensamblaje de la Pared Celular
PBP´s
Autolisinas: Cortan
previamente los enlaces
glicosídicos y peptídicos
para que se intercalen
nuevas subunidades
PBP´s: Penicillin Binding Proteins
Transglicosilasas y transpeptidasas
Nature Reviews Microbiology 6, 28-40 (January 2008)
Growth of the bacterium requires
continuous remodelling of the
peptidoglycan envelope. Bacteria,
therefore, also possess a series of
autolytic enzymes, such as
glycosidases, peptidases and
amidases, that selectively
cleave the molecular meshwork and
thereby facilitate the insertion of
additional cell-wall material.
http://pharmaxchange.info/press/2011/03/animation-of-synthesis-of-peptidoglycan-layer/
Ensamblaje de la Pared Celular
§ Gram positivas
§ Gram negativas
Antibióticos que afectan la síntesis de 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, lisozima y sus derivados, ya
que estos antibióticos inhiben la formación de los enlaces peptídicos
intracatenarios del péptidoglicano y glucosídicos entre NAM y NAG.
Las bacterias G(+) y G( - )muestran diferencias estructurales
muy importantes.en su pared celular:
Membrana
externa
Espacio
Peptidoglicano
periplásmico
Membrana
citoplasmática
Gram Positivas
Gram Negativas
TINCIÓN DE GRAM
Hans Christian J.
Gram, 1853-1938
El cristal-violeta con el Yodo forma un complejo insoluble. El etanol en Gram +
deshidrata porque tienen una pared celular (PC) muy gruesa con varias capas de
péptidoglucano y se cierran los poros de la PC lo que impide la salida del
complejo cristal violeta-yodo.
En Gram - el alcohol penetra rápidamente la membrana externa que es rica en
lípidos y el complejo se extrae fácilmente.
Gram positivas
Staphylococcus aureus
Bacillus anthracis
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.
Nature Reviews Microbiology 6, 276-287 (April 2008)
Muchos patógenos Gram + presentan tipos especiales de glicopolímeros
(CGW) en su pared celular además de los ácidos teicóicos
Glicopolímeros
de Pared Celular
(CWGs)
§  Mantenimiento de las
envolturas.
§  Interacciones
MicroorganismoHospedero.
§  Existe una gran variedad.
§  Son altamente
antigénicos.
§  Son usados como
marcadores.
Nature Reviews Microbiology 6, 276-287 (April 2008)
Ácidos teicoicos y otros
componentes.
§  Ácidos teicoicos
§  Ácidos teicurónicos
§  Polisacáridos neutros
§  Ácidos lipoteicoicos
(LTA)
Polímeros de ribitol fosfato o glicerol fosfato.
Polisacáridos ácidos conteniendo ácido
urónico (N-acetilgalactosamina y acido Dglucorónico). Bacillus subtilis en medios
pobres de fosfato.
Son particularmente importantes en la
clasificación de estreptococos y
estafilococos (ejemplo en grupos A, B y C
de estreptococos).
Asociados a la proteína M de Streptococcus
pyogenes
Gram negativas
Neisseria meningitidis
Enterobacter cloacae
PARED CELULAR EN BACTERIAS GRAM NEGATIVAS
La membrana externa de
la pared de Gram
negativos no solamente
esta compuesta por
fosfolípidos, contiene
además el
LIPOPOLISACÁRIDO
(LPS), lipoproteínas,
porinas y otros
receptores.
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 membranas
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)
Espacio periplásmico (periplasma)
Es el espacio que se
encuentra entre las dos
membranas en las
bacterias Gram
negativas, comprende
del 20-40% del total del
volumen celular, este
periplasma tiene
embebido la capa de
mureína y una solución
densa de proteínas que
facilitan la nutrición e
inhibición de algunas
sustancia tóxicas.
Proteínas del periplasma
§  Proteínas de unión:
-Aminoácidos (arginina, leucina)
-Azúcares (galactosa, glucosa,
arabinosa)
-Vitaminas (tiamina, Vitamina B12)
-Iones (fosfato, sulfato)
§  Enzimas degradativas:
-Varias fosfatasas
-Proteasas
-Endonucleasa I
-Macromoléculas
§  Enzimas destoxificantes:
-β-lactamasas
-Enzimas fosforilantes de
aminoglucósidos
PROTEÍNAS DEL ESPACIO PERIPLÁSMICO
Tipo de
enzima
Ejemplos
Función
Enzimas
hidrolíticas
Fosfatasas
Degradantes, compuestos que contienen
fosfato
Proteasas
Degradantes proteínas y péptidos.
Endonucleasas
Degradantes ácidos nucleicos.
Azúcares, aminoácidos,
iones, vitaminas
Proteínas de acoplamiento para el
transporte a través de la membrana.
Proteínas de quimiotaxis
Percepción del medio ambiente y el cambio
de comportamiento de la célula en respuesta
a un estímulo.
β -lactamasas
Degradantes, la penicilina y compuestos
relacionados antes de que tengan contacto
con la célula.
Proteínas
de unión a:
Quimioreceptores
Enzimas
desintoxicantes
Funciones del periplasma
§  Osmorregulación:
El periplasma tiene una
osmolaridad igual que el
interior, lo cual es
regulado por que existe
un gradiente osmótico
con el exterior, por medio
de la formación de altas
concentraciones de
oligosacáridos derivados
de membrana (8-10
unidades de glucosa
enlazados y sustituidos
con glicerol-fosfato).
§  Transporte de moléculas:
Micobacterias
Mycobacterium tuberculosis
Micobacterias
Mycobacterium tuberculosis
Diversidad de las estructuras de
superficie en arqueobacterias
Nature Reviews
Microbiology 9,
414-426, 2011
Arqueobacterias
Nature Reviews Microbiology 9, 414-426, 2011
PARED CELULAR EN ARQUEAS
Algunas especies de Arqueas carecen de pseudopéptidoglicano y están
cubiertas por polisacáridos, glicoproteínas ó proteínas.
La forma más común de pared de las Arqueas es la capa S paracristalina,
que está compuesta de proteínas o lipoproteínas dispuestas en simetría
hexagonal. Esta estructura se encuentra en Arqueas 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
Capa cristalina S
Se encuentra principalmente en arqueobacterias
y en algunas bacterias.
§  Hipertermófilas
§  Mesófilas
Nature Reviews Microbiology 4, 537-547 (July 2006)
Pseudomureína
§  N- acetilglucosamina y ácido
N-acetiltalosaminurónico.
§  Enlaces β1-3.
§  Resistente a la lisozima y a la
penicilina.
§  Descrita en los
Methanobacteriales y en el
género Methanopyrus.
Células sin Pared Celular
§  Micoplasmas
Mycoplasma pneumoniae
§  Protozoarios
Amoeba
Células sin Pared Celular
§  Protoplastos las células bacterianas a
las que se ha desprovisto totalmente
de pared celular.
§  Esferoplastos son aquellas células
bacterianas que poseen restos de
pared.
§  Gram-positivas, la desorganización
total de su pared, por lo que se
obtienen protoplastos.
§  Gram-negativas, quedan restos de
membrana externa y de
peptidoglucano atrapados en ella, por
lo que se obtienen esferoplastos.
En ambos casos,
protoplastos y
esferoplastos pueden
revertir a la forma normal
eliminando el tratamiento.
Células sin Pared Celular
Obtención. Existen dos posibles métodos alternativos:
§ Por destrucción del entramado del PG mediante enzimas líticas
(lisozima, peptidasas). En el caso de bacterias Gram-negativas,
previamente hay que desorganizar la membrana externa para
hacerla permeable a estas enzimas. Ello se logra usando el
quelante EDTA y/o sometiendo las células a bajas temperaturas.
Células sin Pared Celular
§  Por inhibición de la
formación de nuevo PG
en las células en
crecimiento, tratándolas
p. ej., con penicilina. Si se
parte de un mutante
auxótrofo para un
componente del PG
basta hacer crecer a la
bacteria en un medio
carente de dicho
componente.
FORMAS L
n Formas
L naturales:
n Carentes totalmente (o casi) de PC que algunas
bacterias generan espontáneamente en medios a
base de suero (que son hipertónicos)
n Ejemplo: Streptobacillus moniliformis
n Colonias en forma de “huevo frito”
n Formas
L inducidas: Tratamiento con penicilina en
medio hipertónico
n L inestables: tratamiento breve; revierten PC
n L estables: tratamiento prolongado; no revierten PC
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 quitosano
Quitina
La Quitina también esta presente en el exoesqueleto de los arácnidos,
crustáceos e insectos
Quitosano
La Quitina se desacetila para transformarse en Quitosano y Quitano
PARED CELULAR DE ALGAS
Celulosa
Formada por moléculas de glucosa unidas por enlaces β1-4
LOS PROTOZOARIOS NO TIENEN PARED CELULAR
Pared Celular
§  Bacterias
§  Micobacteria
Péptidoglucano
(N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico)
Ácidos Teicoicos y Lipoteicoiocos en Gram positivas
Péptidoglucano
(N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico)
Acidos Micólicos
§  Arqueas
Pseudopeptidoglucano
(N- acetilglucosamina y ácido N-acetiltalosaminuronico)
Polisacáridos, glicoproteínas o proteínas (Glucosa, Ácido
glucorónico, galactosamina, acetato, SO4-)
Capa cristalina S
Proteína o glicoproteína
§  Hongos
Principalmente Quitina
§  Algas
§  Protozoarios
Principalmente Celulosa
No tienen pared