Appunti di Microbiologia

TRASPORTO ATTIVO

A seconda di come viene utilizzato l’ATP, il trasporto attivo può essere suddiviso in:

- trasporto attivo primario che utilizza direttamente l’energia che deriva dal legame fosfato dell’ATP.

Esso utilizza proteine di membrana che utilizzando l’energia chimica dell’idrolisi cambiano di

conformazione. In questo senso tali proteine sono dei veri e propri enzimi e vengono comunemente

definite ATPasi.

- trasporto attivo secondario: utilizza l’energia di un gradiente di concentrazione che è stato

precedentemente creato da un trasporto attivo I.

Il trasporto II può essere:

Uniporto: permette il passaggio di una sola molecola dalla

superficie esterna a quella interna;

simporto: permette il passaggio di due soluti, molecole grandi

o con carica dall’esterno all’interno:

antiporto: permette sì il passaggio di due molecole ma in

direzioni opposte (una secondo gradiente e l’altra contro

gradiente).

Tutti i trasporti attivi II dipendono strettamente dai trasporti attivi I, che utilizzano ATP per mantenere i gradienti

di concentrazione necessari per il trasporto attivo II.

SISTEMA DELLA FOSFOTRASFERASI O

TRASLOCAZIONE DI UN GRUPPO

Consente l’ingresso all’interno della cellula di alcuni

zuccheri come glucosio, mannosio e mannitolo. Prevede

la presenza di enzimi che prelevano il P dal fosfo-

enolpiruvato, lo trasportano fino ad arrivare ad un

enzima specifico preposto all’ingresso dello zucchero

nella cellula e quando lo zucchero entra, viene

fosforilato da questo P. Il legame con il P consente

l’ingresso di questi zuccheri nella cellula. 21

Sistema secretore

Ovviamente non troviamo solo il sistema di trasporto di molecole dall’esterno all’interno, ma vi è anche quello

in direzione opposta, al fine di espellere i cataboliti, ovvero strutture complesse che non possono diffondere

liberamente e di conseguenza necessitano di un sistema di uscita. Questo sistema di uscita è molto più

complesso nei gram - rispetto ai gram +, perché in questi ultimi dobbiamo attraversare solo la membrana

citoplasmatica. Essi richiedono inoltre un grande dispendio energetico ma sono fondamentali perché

consentono l’uscita di materiale che può essere riversato all’esterno o direttamente nella cellula target.

Inoltre la secrezione è molto importante perché consente di espellere i caratteri virulenti (es tossine che

hanno come bersaglio cellula eucariotica).

Un esempio di catabolita è invece rappresentato da una proteina o da grosse molecole sintetizzate nel

citoplasma. Abbiamo diversi metodi di secrezione proteica nei gram + e gram -:

Secrezione proteica nei Gram +:

- Attraversamento della membrana citoplasmatica (unico ostacolo)

- Attraversamento dello strato relativamente poroso (ponte a 5 glicine) del peptidoglicano

- Riversata all’esterno

- Ancorata o inclusa nel peptidoglicano ((vi sono acidi teicoici e lipoteicoici, non vengono rilasciati

nell’ambiente ma sono necessari alla formazione del peptidoglicano, altrimenti vengono inseriti

all’interno di questo e rappresentano un segnale per il sistema immunitario o forniscono blande

cariche per facilitare l’esportazione dei soluti)

- Traslocazione sec-dipendente (secrezione-dipendente) : sec è un trasportatore utilizzato dalla maggior

parte delle proteine, altre utilizzano TAT e altri i trasportatori ABC (sec-indipendente)

Secrezione proteica nei Gram -:

- Attraversamento della membrana citoplasmatica

- Attraversamento dello spazio periplasmatico

- Attraversamento della membrana esterna

- Traslocazione sec-dipendente: (utilizzo di sec solo per superare membrana citoplasmatica, in quanto

attivo solo lì e consente loro di arrivare nello spazio periplasmatico, poi si avvale di un trasportatore di

membrana che consente il passaggio attraverso la membrana esterna)

- Passaggio diretto di proteine dal citoplasma all’esterno della cellula.

Noi abbiamo dei soluti che vengono portati all’esterno sotto forma di preproteina e dei soluti invece sotto

forma di proteina. Una preproteina è una molecola in forma lineare, non ripiegata e quindi non funzionante.

I batteri sono invece stati in grado di creare dei sistemi che consentano il rilascio di proteine correttamente

ripiegate, che funzionano grazie all’attività di proteine dette traslocasi. Possono essere distinti in:

•sistemi dipendenti da Sec: (esso è un traslocone preposto all’attraversamento della membrana

citoplasmatica in quanto presente solo lì e consente il passaggio delle proteine nello spazio periplasmatico,

quindi dopo per superare la membrana esterna serve un altro trasportatore (chaperonine); è a due passaggi

(tipo II) coinvolti nella secrezione di molte tossine, tra cui quella colerica, nella biogenesi dei pili di tipo IV che

troveremo nei processi di coniugazione;

•sistemi indipendenti da Sec, ad un passaggio quindi la proteina viene direttamente riversata all’esterno (tipo I,

trasportatori ABC; tipo III, omologhi ai flagelli); SONO APPANNAGGIO DEI GRAM – (per attraversare membrana

esterna)

I SISTEMI SECRETORI SEC NON SONO DEI SISTEMI SECRETORI (consente solo attraversamento membrana

citoplasmatica). 22

TRASLOCONE SEC-YEG

Costituito da un grosso complesso proteico.

Nel ribosoma vengono sintetizzate le pre-proteine (proteine in forma lineare, non ripiegate che quindi non

presentano una funzione), questo perché il traslocone sec non è in grado di trasportare proteine di elevate

dimensioni.

La sequenza lineare presenta una sequenza di riconoscimento che viene individuata dalle proteine

chaperonine (SecB), le quali la trasportano ad un’altra proteina (SecA) a livello della membrana e

successivamente viene portata a livello del traslocone Sec. Esso è formato da un sistema proteico canale, che

però non resta sempre aperto per impedire che le molecole fluiscano continuamente all’esterno. Avendo

un’apertura regolata, nel momento in cui vi sarà la necessità di aprirlo sarà altresì necessaria anche la

presenza di ATP: secA è un ATPasi che è in grado di scindere l’ATP e dall’energia ricavata consentire l’apertura

del traslocone SecYEG.

La proteina rimane comunque nella sua forma lineare durante il passaggio, in quanto la sequenza riconosciuta

dalle chaperonine le impedisce anche di mutare conformazione, una volta raggiunto lo spazio periplasmatico

un enzima (peptidasi di membrana) taglierà la sequenza e la proteina si ripiegherà, attraversando

tranquillamente anche lo strato lasso di peptidoglicani (nei gram – serviranno poi dei sistemi secretori veri e

propri, sec dipendenti).

SISTEMA TAT

Consente l’esportazione di proteine correttamente

ripiegate, con un canale decisamente più grosso.

L’inizio del processo è il medesimo, quello che

cambia è la sequenza segnale che la proteina

presenterà, che non sarà riconosciuta dalle

chaperonine per il traslocone sec. Vi sarà una

chaperonina che porterà la proteina al traslocone

Tat, costituito da Tat A, B e C:

- TatC proteina di maggiori dimensioni,

entrambe le estremità C e N terminali

sporgono nel citoplasma, importante per il

riconoscimento ed il legame con il peptide

segnale della proteina;

- TatB possiede un segmento transmembrana

all’N terminale;

- TatA possiede un segmento transmembrana

all’N terminale;

Esse hanno delle sequenze segnale a livello

citoplasmatico con il compito di riconoscere la proteina foldata. Nel momento del riconoscimento le unità di 23

TatA si uniscono a formare un grosso canale, tat B e TatC, che formano un complesso, si legano a TatA

portandosi dietro la proteina, che viene traslocata attraverso il canale, avente dimensione maggiore proprio

perché presenta più unità del TatA.

TatB-C deve presentare ad A la proteina ben ripiegata, nel momento in cui vi è l’unione di tutto il complesso TAT

la proteina attraversa questo canale e fuoriesce.

L’energia necessaria al trasporto è fornita dalla forza proton-motrice.

La sequenza segnale viene rimossa da specifiche peptidasi.

SISTEMI DI TRASPORTO IN USCITA

- Sistemi secretori veri e propri;

- Consentono l’attraversamento della membrana esterna;

- possono dipendere o meno da Sec per arrivare allo spazio periplasmatico;

- nel caso in cui siano Sec-indipendenti saranno ad unico passaggio, perché la proteina direttamente dal

citoplasma sarà traslocata all’esterno;

Pur essendo un grande dispendio energetico, è molto importante in quanto permette il rilascio di materiale

all’esterno o direttamente nel citoplasma della cellula target (es le tossine, che inizialmente non sono caratteri

che ne provocano lisi, ma inducono soltanto una modificazione del citoscheletro, necessaria ad inglobare il

patogeno, il quale poi inizierà a duplicarsi e poi ne provoca la lisi, fino ad arrivare in una situazione in cui si

supera la soglia di infezione, quando cioè il sistema immunitario non riconosce più il patogeno come tale).

SISTEMI SECRETORI SEC DIPENDENTI

APPANNAGGIO DEI GRAM -

1 Sistema di secrezione di tipo II

2 Sistema di secrezione a due partner

3 Sistema di autotrasporto

4 Via chaperon/usciere

SISTEMA DI SECREZIONE PROTEICA DI TIPO II

-contribuisce alla secrezione di alcune proteine, fra cui gli enzimi di degradazione, che non sono solo presenti

nei patogeni umani, ma anche in quelli vegetali:

- pullulanasi

- cellulasi

- pectinasi

- proteasi (crea danno all’organismo)

- lipasi (crea danno all’organismo)

- tossina colerica

- proteine che compongono i pili di Neisseria gonorrhoeae (patogeno delle vie genitali, proteine non

rilasciate all’esterno ma adesi alla parete del patogeno, che consentono adesione patogeno-cellula

target).

È un sistema secretore molto complesso (12-15 proteine, la maggior parte integrali di membrana). Pur

attraversando la membrana citoplasmatica intervengono esclusivamente nel trasferimento attraverso la

membrana esterna.

sistema Sec-dipendente trasloca attraverso la membrana citoplasmatica;

➔ sistema secretore di tipo II completa il processo (la componente più esterna, ovvero il complesso

➔ proteico che attraversa la membrana esterna e che si apre e si chiude utilizzando l’energia ottenuta a

livello citoplasmatico.

Elevata specificità di secrezione: vengono riconosciute delle sequenze specifiche che discriminano a livello

citoplasmatico quelle proteine che poi dovranno essere indirizzate alla parte terminale (solo quelle

correttamente ripiegate). 24

Sebbene abbia un grosso complesso proteico che

attraversa la membrana plasmatica, non è un sistema di

secrezione preposto all’a