Appunti di microbiologia

SISTEMI DI TRASPORTO

TRASPORTO nello spazio periplasmatico: DI TIPO SEC

Trasporta nello spazio periplasmatico le proteine non ripiegate. È costituito da

tre componenti:

Traslocone: costituito dal complesso SecYEG, forma un canale;

• Motore: produce energia tramite attività ATPasica, sulla faccia

•

citoplasmatica;

Sistema citoplasmatico: insieme di proteine che riconoscono le proteine

•

da trasportare grazie ad una sequenza segnale caratteristica, all'N-

terminale, con porzioni esterne idrofiliche e una centrale idrofobica.

Il processo si divide in queste fasi:

SecB riconosce la proteina da trasportare, ne impedisce il

1.

ripiegamento e la consegna al traslocone.

La proteina attraversa il traslocone grazie all'attività ATPasica di

2.

SecA. La sequenza segnale viene rimossa.

3.

TRASPORTO alla membrana interna: le proteine vengono prese in carico da

FtsY e il trasporto è mediato dal complesso SRP. Questo trasporto è co-

traduzionale, non post-traduzionale.

TRASPORTO extracellulare: può essere sec-dipendente o sec-indipendente.

Sec dipendente: presente nei Gram -. Si divide in:

• TIPO 2 : utilizzato per secernere tossine o componenti del pilo.

1.

Costituito da un complesso proteico che avvolge tutta la cellula e forma

dei pori a livello della membrana esterna, mentre nella porzione

citoplasmatica viene prodotta l'energia necessaria. Trasporta proteine

ripiegate e mature.

A DUE PARTNER : un'unica proteina fa da recettore e da canale

2.

beta barrel.

TIPO 5 O AUTOTRASPORTO : giunta nel periplasma grazie a

3.

Sec, la proteina fuoriesce grazie alla sua estremità C-terminale che fa da

canale.

CHAPERON-USCIERE : la proteina viene raccolta da una

4.

chaperonina detta PapD, che impedisce il ripiegamento, la stabilizza e la

consegna alla proteina usciere.

Sec indipendente:

• SISTEMA TAT

: così chiamato perché trasporta proteine che

1.

hanno una coppia di arginine. La proteina ha una sequenza segnale

simile a quella riconosciuta da Sec, ma con porzione centrale meno 17

Appunti di Claudia Tropea

idrofobica, viene catturata da TAT-BC e consegnata a TAT-A che la

trasporta grazie alla forza proton-motrice.

SISTEMA ABC : tipico dei Gram-, ha una componente ATPasica,

2.

una componente citoplasmatica e una esterna. La sequenza segnale è

C-terminale non viene rimossa.

TIPO 3 : secrezione di tossine direttamente nella cellula bersaglio.

3.

Ha una struttura simile ad un corpo basale, che attraversa tutte le

membrane del gram -. Le proteine da trasportare non hanno sequenza

segnale ma sono riconosciute dalla struttura secondaria N-terminale.

Intervengono delle chaperonine che vengono prodotte solo in caso di

necessità.

TIPO 4 : simile al tipo 3, ma presente anche nei Gram+ e trasporta

4.

anche DNA. La sequenza segnale è C-terminale.

TIPO 6 : ha una ATPasi a livello della membrana interna, trasporta

5.

proteine effettrici.

TIPO 7 : detto anche ESX, tipico dei micobatteri. È un complesso

6.

proteico costituito da proteine transmembrana e ATPasi, la sequenza

segnale è C-terminale. I principali sono:

ESX-3: presente in tutti i micobatteri, coinvolto nell'acquisizione

o

del ferro;

ESX-5: nei patogeni, secerne proteine di parete;

o ESX-1: nelle specie attenuate, secerne fattori di virulenza e inoltre

o

è coinvolto nell'ingresso del batterio nel macrofago da infettare. 18

Appunti di Claudia Tropea

MEMBRANA CELLULARE

La membrana cellulare si trova al di sotto del peptidoglicano e ha diverse

funzioni: produzione di energia, barriera selettiva, biosintesi dei componenti

cellulari, secrezione, trasduzione del segnale.

A differenza di quella eucariotica è estremamente ricca di proteine, che

devono sopperire all'assenza di organuli. Queste proteine si dividono in

periferiche (idrosolubili, sul versante citoplasmatico) e transmembrana

(anfipatiche, difficilmente estraibili, non compiono i movimenti di flip flop e

rotazione).

I lipidi sono altri principali costituenti, anch'essi con una porzione idrofoba e

una idrofila. Formano un doppio strato in cui la prima porzione è rivolta verso

l'interno e la seconda verso l'esterno.

Infine abbiamo gli opanoidi, che fungono da stabilizzatori e sostituiscono gli

steroli. Nei funghi troviamo invece l'ergosterolo e i micoplasmi, che non

hanno parete, hanno gli steroli.

MEMBRANA ARCHEA

Gli archebatteri possiedono dei lipidi costituiti da glicerolo legato a isoprenoidi

tramite legame etere (piuttosto che legato ad acidi grassi tramite legame

estere). Inoltre spesso la membrana non è bistratificata, ma vi è un unico

strato in cui anche l'estremità opposta degli isoprenoidi è legata al glicerolo

(tetraeteri) e ciò la rende molto più resistente.

MESOSOMI

Sono invaginazioni della membrana. Inizialmente si formano delle lamelle che

si introflettono, poi queste si sviluppano in tubuli e infine in vescicole.

Mesosomi settali: si formano ai lati opposti della cellula, coinvolti nella

divisione cellulare.

Mesosomi laterali: simili ad organuli.

Mesosomi fotosintetici: hanno lamelle tilacoidali.

Mesosomi sporali: in posizioni asimmetriche, hanno il compito di rivestire la

spora. 19

Appunti di Claudia Tropea

CAPSULA e PROTOPLASTO

CAPSULA

La capacità di sintetizzarla può essere ottenuta tramite plasmidi. Protegge da

essiccamento e fagocitosi (tranne in caso di produzione di Ab anti capsulari),

media l'adesione. Infatti è un importante fattore di virulenza. Tuttavia è

prodotta solo in caso di necessità, come in condizioni di microaerofilia (B.

anthracis) o per rispondere alla difesa immunitaria. Ve ne sono di tre tipi:

Capsula propriamente detta : di composizione polisaccaridica

1.

(glucosio, fruttosio, acido ialuronico), tranne nel Bacillus anthracis in cui è

proteica (acido glutammico). È molto fitta e resistente. La sua sintesi può

essere di regolazione genotipica (trasformazione, mutazioni…) o

fenotipica (nelle fasi precoci di crescita, così poi in situazioni di stress

viene idrolizzata e digerita).

Strato mucoso : più lassa, polisaccaridica o polipeptidica.

2.

Diminuisce l'attrito favorendo il movimento.

Strato S : strato peptidico che si lega alla mureina nei G+ e all'LPS

3.

nei G-, e la pseudomureina negli Archea. Cristallizza ed il suo ruolo è 20

Appunti di Claudia Tropea

quello di filtro. Presente nei batteri capsulati. Deriva dal sistema di

trasporto Sec.

Strato mucoso + strato capsulare = glicocalice.

PROTOPLASTO

All'interno della membrana plasmatica abbiamo citoplasma, nucleoide e corpi

di inclusione.

Citoplasma : 70% acqua che forma un reticolato. Abbiamo ribosomi di

•

70 S sparsi o associati alla membrana, che formano polisomi (più

ribosomi su un solo mRna). Poi abbiamo il citoscheletro, coinvolto nella

divisione, nel trasporto delle proteine e nel sostegno, costituito da

proteine FtsZ (analogo della tubulina), MreB (analogo dell'actina, ma nel

B. subtilis c'è l'MbI) e le crescentine (costituiscono i filamenti intermedi).

Nucleoide : sede dell'info genetica. Il nucleo non è circondato da

•

membrana ma è associato a quella plasmatica.

Il dna è avvolto dalla topoisomerasi II, che lo avvolge negativamente, ovvero

in senso opposto a quello della doppia elica:

Il dna viene ripiegato;

1. Il dna subisce un taglio a doppia elica nel punto in cui le due

2.

eliche sono in contatto;

Il taglio viene ricucito dal lato opposto all'elica integra e si crea un

3.

superavvolgimento.

Per evitare che un solo taglio influenzi tutto il cromosoma, la struttura è divisa

da proteine non istoniche in domini di superavvolgimento.

Negli archea il dna contiene istoni, l'RNA polimerasi è complessa e sono

insensibili alla rifampicina come gli eucarioti, ma come i procarioti hanno dna

policistronico.

Granuli di inclusione : granuli rivestiti o no da membrana, possono

•

essere organici o inorganici in base al contenuto. Fungono da riserva e

mantengono l'equilibrio osmotico e del pH.

Granuli di glicogeno: contengono glucosio con legami alfa 1-4 e 1-

1.

6. Granuli di azoto: nei cianobatteri

2. Granuli metacromatici: con polifosfati, di riserva per sintesi di ATP.

3. Granuli di zolfo: fonte di e- per gli autotrofi e di H+ per i

4.

chemiolitotrofi.

Magnetosomi

5. Vescicole di gas: per il galleggiamento, con una proteina interna

6.

detta GvpC e una esterna detta GvpA. 21

Appunti di Claudia Tropea

SPORA

La spora non è una forma riproduttiva, bensì una forma di differenziamento

che permette al batterio di resistere ai raggi UV, alla disidratazione, a

temperature estreme, agli antibiotici, al sovraffollamento (quorum sensing).

Essa è disidratata e ametabolica, e può tornare allo stadio vegetativo quando

le condizioni ambientali tornano favorevoli.

I batteri sporigeni più studiati sono i Bacillus e i Clostridium. Il Bacillus

thuringensis produce una tossina utilizzata come insetticida, tra i clostridi

(anaerobi obbligati) vi sono alcuni patogeni dell'uomo come il C. botulinum e

il C. tetani.

Bacillus thuringensis: durante il processo di sporificazione produce dei cristalli

bipiramidali costituiti da proteine Cry che vengono ingeriti dalle larve di insetto

insieme alla spora. Il pH alcalino nell'intestino della larva degrada i cristalli

che si comportano da endotossina e distruggono gli epiteli interni. Le spore

invadono il resto della larva e ne causano la morte per setticemia

emolinfatica.

La spora può essere in posizione terminale, subterminale o mediale rispetto

allo sporangio. Inoltre se è di dimensioni maggiori assume l'aspetto "a

racchetta". Dall'esterno verso l'interno, è costituita da:

Esosporio: rivestimento sottile non sempre presente;

• Tunica sporale: rivestimento spesso, proteico, ricco di cisteina che

•

stringe legami disolfuro, impermeabile.

Corteccia: simile al peptidoglicano ma più lassa, inoltre il NAM non ha

•

la porzione peptidica. Funge da spugna rimuovendo l'acqua dal

protoplasto.

Parete sporale

• Core/sporoplasto: protoplasto che ha perso acqua, contiene acidi

•

nucleici, aminoacidi, calcio spesso associato all'acido dipicolinico (DPA, 22

Appunti di Claudia Tropea

presente al 15%, forse sostituisce l'acqua come stabilizzante delle

molecole), acido fosfoglicerico (fonte di C), proteine SASP (stabilizzano il

dna e fungono da riserva in vista della germinaz