crecimiento de la pared celular en bacterias mediante dislocaciones

Crecimiento de la pared celular en bacterias
mediante dislocaciones
Realizado por:
Cosme Gonzalez Ayani
Francisco Javier López Encinas
Eduardo Jiménez Mori
Alejandro Navarro Marín
El artículo trata sobre el crecimiento de
membranas celulares a partir de
dislocaciones.
La forma de ciertas bacterias hace que la
geometría cilíndrica sea adecuada para
tratar el problema. En general: si se quiere
aumentar la pared celular de una bacteria
se debe crear un defecto topológico en ella.
Un tipo especial de estos defectos son las
dislocaciones térmicas.
Una vez creada la dislocación, ésta se
moverá en dirección perpendicular a su
vector de Burgers, lo cual en términos
simples quiere decir que la dislocación
rodeará al cilindro creando una nueva fila
de material. Este tipo de movimiento se
conoce como “dislocation climb”.
(Escalado de las dislocaciones)
El problema aquí expuesto se puede tratar
por tanto con la teoría de dislocaciones, sin
embargo es muy diferente a los problemas
tratados en otros campos de la física .
Aquí el escalado de las dislocaciones es el
proceso principal de crecimiento de la
pared celular. Además la geometría
cilíndrica tiene como consecuencia ciertas
propiedades como la caída exponencial de
interacciones entre dislocaciones a lo largo
del eje de simetría. Por último, el escalado
de las dislocaciones por sí mismo altera la
geometría.
Se sabe que el ritmo de crecimiento de la
superficie cilíndrica es proporcional al
número de dislocaciones que se mueven de
forma activa y de sus velocidades.
Para que una dislocación pueda moverse, el
material necesario para la creación de la
pared debe estar en el lugar apropiado, es
decir, en el núcleo de la dislocación. Por lo
tanto, el hecho de que se forme una
dislocación no implica que esta sea activa,
de tal modo que nos encontramos con dos
conjuntos de dislocaciones: activas e
inactivas.
En adición a esto, para un sistema con un
nivel de desorden apropiadamente elegido
para los parámetros biofísicos adecuados,
las interacciones elásticas son
suficientemente fuertes como para parar el
movimiento de la dislocación. Es decir,
realizando una determinada tensión en una
región de la pared celular, las direcciones
de las dislocaciones se ven afectas, incluso,
pudiendo llegar a detener el movimiento de
las mismas.
Lo que nos interesa saber es por tanto cual
es el número de dislocaciones activas en la
pared celular, para así determinar el
crecimiento de la misma.
Los mecanismos de creación de
dislocaciones son, de forma resumida:
1- Creación de pares de dislocaciones,
creados principalmente por
activación térmica o por ruptura de
enlaces de peptidoglicano en la
malla.
2- El mecanismo de elongación puede
decaer y hacer que una dislocación
activa se vuelva inactiva.
3- El proceso contrario también es
posible, el material necesario para
la creación de material puede
encontrarse en el lugar adecuado y
hacer que una dislocación se vuelva
activa.
4- Finalmente dos dislocaciones
activas o una inactiva y otra activa
pueden colisionar completando
una fila completa.
Estos mecanismos nos dan un par de
ecuaciones (mostradas abajo) para la
cantidad de dislocaciones activas e
inactivas que se pueden encontrar en la
pared celular las cuales, bajo
simplificaciones debido a hechos
experimentales, implementado las en la
primera ecuación, resultan en el ritmo
de crecimiento de nuestra membrana.
𝑑𝑆
= 𝑁𝑎𝑐 𝜈𝑏
𝑑𝑡
𝑑𝑁𝑎𝑐
= Γ𝑆 − 𝛾1 𝑁𝑎𝑐 + 𝛾2 𝑁𝑖𝑛 − 𝛾3 𝜈𝑁𝑎𝑐 (𝑛𝑎𝑐 + 𝑛𝑖𝑛 )
𝑑𝑡
(2)
𝑑𝑁𝑖𝑛
= Γ𝑆 + 𝛾1 𝑁𝑎𝑐 − 𝛾2 𝑁𝑖𝑛 + 2𝛾4 𝑆 − 𝛾3 𝜈𝑛𝑎𝑐 𝑁𝑖𝑛
𝑑𝑡
(3)
Represents de processivity
𝛾2
Activación de una dislocación inactiva
𝛾3
Aniquilación de pares de dislocaciones
𝛾4
Describe la creación de pares de
dislocaciones inactivas fuertemente
Basándose en las mencionadas
consideraciones acerca de los
parámetros biofísicos y en el hecho de
que experimentalmente se ha mostrado
que el número de dislocaciones
inactivas es mucho mayor que el de
activas (𝑛𝑎𝑐 >> 𝑛𝑖𝑛 ) lo cual simplifica
bastante nuestras ecuaciones (2) (3).
Teniendo esto en cuenta nos
encontramos con dos situaciones para
la creación de pared celular:
1- Proceso de dos estapas: en la primera,
una enzima corta los enlaces de
glicano en la malla para producir
un par de dislocaciones inactivas,
2- mientras tanto otras proteínas
activan un pequeño conjunto de
estas dislocaciones.
3- Inserción directa en la malla: en este
proceso los pares de dislocaciones
se forman por inserción de materia
en la malla. Sobre la cual luego
actúa el mecanismo de elongación.
Estos dos métodos resultan en diferentes
resultados para el número de dislocaciones
activas. Experimentos futuros
determinarán la densidad de estas
dislocaciones y por tanto comprobar cuál
de los dos mecanismos es el correcto.

(1)
𝛾1
enlazadas
Bibliografía:
Dislocation-mediate growth of bacterial cell
wall – Ariel Amir and R.Nelson.
Theory of interacting dislocation in cylinders –
Ariel Amir, Jayson Paulose and R. Nelson