Información

¿Cómo ayuda la capa de peptidoglicano de la pared celular bacteriana a prevenir la lisis osmótica?

¿Cómo ayuda la capa de peptidoglicano de la pared celular bacteriana a prevenir la lisis osmótica?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Recientemente leí que la penicilina actúa dañando las capas de peptidoglicano de una pared celular bacteriana que causa la lisis osmótica, que es cuando la célula bacteriana explota debido a la presión osmótica.

Solo me gustaría saber cómo el peptidoglicano previene esto. ¡Gracias por las respuestas!


El peptidoglicano se forma mediante la unión de moléculas de NAM (ácido N-acetilmurámico) y NAG (N-acetilglucosamina) en una estructura de polisacárido. Muchas de estas estructuras se forman luego en una red mediante puentes cruzados de polipéptidos. En las paredes de las células bacterianas gram +, muchas capas de esta red están apiladas formando una estructura rígida, que es externa a la membrana plasmática, y proporciona más resistencia a la lisis osmótica que la que posee la membrana plasmática sola.

La penicilina interfiere con el enlace final de los puentes cruzados de péptidos, lo que da como resultado una pared celular más débil que hará que sea más probable que la célula experimente lisis osmótica.

Las paredes celulares de las bacterias Gram son bastante diferentes a las paredes celulares de las bacterias Gram +. Contienen peptidoglicano, pero la capa de peptidoglicano es más delgada: solo una, o muy pocas, capas de peptidoglicano con algunas diferencias estructurales también. Por lo tanto, las paredes de las células bacterianas gram son más débiles que las paredes celulares de las bacterias gram +.

"Microbiología, una introducción" Tortora, Funke y Case 11th EDition pp 84-86


La bacteria siempre tiene una presión osmótica interna más alta (contienen muchas cosas y, la mayoría de las veces, muchas más cosas que su entorno). Esta presión está contenida por la membrana y la pared celular, y cuando se destruye la pared celular, la membrana por sí sola no es lo suficientemente fuerte y la bacteria derramará sus entrañas.


¿Cómo ayuda la capa de peptidoglicano de una pared celular bacteriana a prevenir la lisis osmótica? - biología

Recordar las características de una pared celular bacteriana.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Una pared celular es una capa ubicada fuera de la membrana celular que se encuentra en plantas, hongos, bacterias, algas y arqueas.
  • Una pared celular de peptidoglicano compuesta de disacáridos y aminoácidos da soporte estructural a las bacterias.
  • La pared celular bacteriana suele ser un objetivo para el tratamiento con antibióticos.

Términos clave

  • fisión binaria: El proceso por el cual una célula se divide asexualmente para producir dos células hijas.

Las células bacterianas carecen de un núcleo unido a la membrana. Su material genético está desnudo dentro del citoplasma. Los ribosomas son su único tipo de orgánulo. El término & # 8220nucleoide & # 8221 se refiere a la región del citoplasma donde se encuentra el ADN cromosómico, generalmente un cromosoma circular singular. Las bacterias suelen ser unicelulares, excepto cuando existen en colonias. Estas células ancestrales se reproducen mediante fisión binaria, duplicando su material genético y luego esencialmente dividiéndose para formar dos células hijas idénticas a la madre. Una pared ubicada fuera de la membrana celular proporciona el soporte celular y la protección contra el estrés mecánico o el daño por ruptura osmótica y lisis. El componente principal de la pared celular bacteriana es el peptidoglicano o la mureína. Esta estructura rígida de peptidoglicano, específica solo para procariotas, le da forma a la célula y rodea la membrana citoplasmática. El peptidoglicano es un enorme polímero de disacáridos (glicanos) reticulado por cadenas cortas de monómeros de aminoácidos (péptidos) idénticos. La columna vertebral de la molécula de peptidoglicano se compone de dos derivados de la glucosa: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetlymurámico (NAM) con un pentapéptido que sale de NAM y varía ligeramente entre las bacterias. Las cadenas de NAG y NAM se sintetizan en el citosol de las bacterias. Están conectados por puentes entre péptidos. Son transportados a través de la membrana citoplasmática por una molécula portadora llamada bactoprenol. Desde el peptidoglicano hacia adentro, todas las células bacterianas son muy similares. Yendo más lejos, el mundo bacteriano se divide en dos clases principales: Gram positivas (Gram +) y Gram negativas (Gram -). La pared celular proporciona importantes ligandos para la adherencia y sitios receptores para virus o antibióticos.

Pared celular bacteriana: La anatomía de la estructura celular bacteriana.


Estructura y función


La capa de peptidoglicano se encuentra en la pared celular bacteriana, que consta de cadenas de dos aminoazúcares alternantes, N-acetilglucosamina (un derivado amida del monosacárido glucosa) y ácido N-acetilmurámico (una combinación de N-acetilglucosamina y fosfoenolpiruvato). Los aminoazúcares están unidos por ácidos teicoicos, que son cadenas de glicerol o ribitol unidos a fosfodiéster. & # 911 & # 93 Las cadenas paralelas de aminoazúcares también se pueden conectar mediante puentes cruzados hechos de extensiones de péptidos para formar tetrapéptidos, con ácido m-diaminopimélico que se une a D-alanina. & # 914 & # 93


Los sacculi de peptidoglicanos reticulados por péptidos forman una estructura cerrada en forma de saco que rodea la membrana citoplasmática. Los sacculi de peptidoglicano se han purificado de Escherichia coli mediante incubación con dodecilsulfato de sodio al 4% hirviendo. & # 915 & # 93 Si bien una célula bacteriana contiene un número significativo de diferentes tipos de moléculas, solo hay una molécula de peptidoglicano en cada célula bacteriana, lo que contribuye al 0,8% de la masa de la célula completa en bacterias Gram-negativas. & # 911 & # 93


El contenido de sacculi de peptidoglicano podría ser diferente entre las especies bacterianas. En bacterias Gram-positivas, como Staphylococcus aureus, los puentes cruzados de tetrapéptidos están hechos de L-alanina, D-glutamina, L-lisina y D-alanina. En las bacterias gramnegativas, por otro lado, los puentes cruzados están constituidos por L-alanina, ácido D-glutámico, ácido m-diaminopimélico y D-alanina. Las bacterias grampositivas suelen tener muchas capas (3-20) de cadenas de peptidoglicano fuera de la membrana citoplasmática, mientras que las bacterias gramnegativas suelen tener una o dos capas de peptidoglicano entre la membrana interna y la externa. & # 911 & # 93


El peptidoglicano juega un papel crucial en la supervivencia y reproducción de las bacterias. Es el componente principal de la pared celular bacteriana, formando una fuerte estructura en forma de red que mantiene la forma de la célula. Dado que las bacterias son organismos unicelulares, es extremadamente importante proteger la única célula del entorno exterior. Cuando las bacterias experimentan una diferencia de presión osmótica significativa a través de la membrana celular, la envoltura celular podría evitar que la célula se contraiga o se expanda demasiado para que se lise y muera. & # 916 & # 93


El peptidoglicano también se asocia con la fisión binaria, un proceso reproductivo en el que una bacteria se divide en dos bacterias. Para dividir con éxito una célula en dos, el peptidoglicano debe crecer a medida que la bacteria se alarga y encerrar rápidamente ambas células después de la división para que ambas células de la progenie tengan envolturas celulares completas. & # 917 & # 93


Diversidad de peptidoglicanos

El peptidoglicano es la capa más externa de la pared celular de las bacterias grampositivas. En las bacterias gramnegativas, están presentes capas adicionales fuera de esta capa rígida, llamada lipopolisacárido. La capa de peptidoglicano es mucho más gruesa en las bacterias grampositivas que en las gramnegativas. En las bacterias grampositivas, hasta el 90% de la pared celular es peptidoglicano, mientras que, en las bacterias gramnegativas, es solo alrededor del 10%.

Muchas bacterias grampositivas también tienen ácido teicoico y ácido lipoteicoico que son polímeros de fosfato de glicerol o fosfato de ribitol. El ácido lipoteicoico penetra en la capa de peptidoglicano y se une covalentemente al lípido en la membrana citoplasmática, mientras que los ácidos teicoicos se anclan principalmente al ácido murámico del peptidoglicano.


MECANISMO GENERAL DE ACCIÓN DE LOS ANTIBIÓTICOS

Los antibióticos se utilizan para tratar infecciones causadas por microorganismos causantes de enfermedades (por ejemplo, bacterias patógenas). La mayoría de ellos ejercen una acción tóxica altamente selectiva sobre sus células microbianas diana, pero tienen poca o ninguna toxicidad para las células de mamíferos. Por tanto, estos antibióticos pueden administrarse en concentraciones suficientes para matar o inhibir el crecimiento de organismos infectantes sin dañar las células de mamíferos. Las formas en que estos antibióticos ejercen sus actividades antibacterianas en sus microbios objetivo. en vivo sin dañar necesariamente al huésped (paciente) que toma el medicamento se llama "Mecanismo de acción de los antibióticos". Revela y explica el fundamento de la toxicidad selectiva de los antibióticos y cómo detienen los efectos venenosos de las bacterias.

Toxicidad selectiva es la capacidad de los antibióticos (agentes antimicrobianos) para matar o inhibir el crecimiento de microorganismos (en vivo) sin causar ningún efecto adverso al huésped que toma el agente (fármaco). Es la capacidad de un agente antimicrobiano para matar o inhibir un patógeno microbiano mientras daña al huésped lo menos posible. Para que los antibióticos sean terapéuticamente relevantes para su uso contra un patógeno en particular en vivo, debe ser de naturaleza selectivamente tóxica. Los agentes antimicrobianos (en particular los antibióticos) muestran una amplia variedad de mecanismos de acción contra los microorganismos patógenos ya sea en vivo o in vitro y estos serán discutidos en esta sección. El mecanismo de acción elaborado aquí es estrictamente para agentes antibacterianos (es decir, medicamentos que se dirigen a bacterias patógenas).

  • INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA PARED DE CÉLULAS MICROBIANAS: El peptidoglicano es un componente vital de la pared celular de prácticamente todas las bacterias, con excepción de las bacterias sin pared, como los micoplasmas que carecen de pared celular. Pero es más pronunciado en bacterias Gram-positivas que en bacterias Gram-negativas. La capa de peptidoglicano es responsable de mantener la forma y la resistencia mecánica de la pared celular bacteriana. Si se daña de alguna manera, o se inhibe su síntesis (por ejemplo, por antibióticos), entonces la forma de las células bacterianas se distorsiona y eventualmente estallarán (lisarán) debido a la alta presión osmótica interna que sigue a la afluencia de fluidos o sustancias como medicamentos del exterior a la célula bacteriana. La célula de mamífero está desprovista de la capa de peptidoglicano, por lo que los antibióticos que inhiben la síntesis de la pared celular microbiana muestran una toxicidad selectiva sobresaliente. Los ejemplos de antibióticos que inhiben la síntesis de la pared celular bacteriana incluyen: penicilinas, bacitracina, glicopéptidos (por ejemplo, vancomicina) y cefalosporinas.

Estos antibióticos detienen la reticulación de N-acetil-glucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM) mediante una reacción conocida como reacción de transpeptidación. Se supone que esta reticulación conduce a la formación de peptidoglicano, un componente importante de la pared celular bacteriana. La resistencia bacteriana a los antibióticos betalactámicos (p. Ej., Penicilinas y cefalosporinas) es uno de los mecanismos utilizados por las bacterias patógenas (tanto organismos grampositivos como gramnegativos) para evadir el ataque antimicrobiano de los betalactámicos y esto se debe a que estos antibióticos ( es decir, betalactámicos) son los fármacos más utilizados en la medicina clínica. Sin embargo, el creciente nivel de resistencia bacteriana a estos potentes antibióticos está ralentizando rápidamente la eficacia y las aplicaciones clínicas de estos agentes. Los antibióticos betalactámicos, como se explicó anteriormente, son una clase de medicamentos que inhiben la síntesis de la pared celular en bacterias patógenas. La actividad antibacteriana de los betalactámicos se exhibe in vivo cuando los fármacos se unen a receptores específicos en la membrana celular o la pared celular de la bacteria diana, especialmente las proteínas de unión a penicilina (PBP).

La unión de antibióticos beta-lactámicos a las PBP de bacterias patógenas previene la reticulación de NAM y NAG. NAG y NAM son vitales para la síntesis de la capa de peptidoglicano, un componente importante de la pared celular bacteriana. La síntesis de la capa de peptidoglicano se inhibe una vez que la reticulación de NAM y NAG se ve obstaculizada por la acción antibacteriana de los antibióticos betalactámicos. Y esto hace que la pared celular bacteriana sea porosa a sustancias nocivas externas como drogas, agua y otras sustancias químicas. La célula bacteriana finalmente muere después de la ruptura o lisis de la célula. No obstante, las bacterias patógenas producen enzimas hidrolizantes de antibióticos como las betalactamasas que hacen que los fármacos betalactámicos sean ineficaces in vivo. Los antibióticos betalactámicos son únicos porque tienen un anillo conocido como anillo betalactámico, y que es el objetivo de las betalactamasas producidas por bacterias patógenas. La enzima beta-lactamasa escinde el enlace carbono-nitrógeno (C-N) del anillo beta-lactámico de los beta-lactámicos y esto eventualmente conduce a la producción de un compuesto con menor actividad antibacteriana. En el caso de la penicilina, por ejemplo, la escisión del anillo betalactámico de las penicilinas conduce a la formación de ácido peniciloico que carece de actividad antibacteriana. Las bacterias patógenas que producen betalactamasas, así como otras enzimas de espectro expandido, como las betalactamasas de espectro extendido (BLEE), hacen que los antibióticos betalactámicos sean ineficaces in vivo y esto se debe a las enzimas que hidrolizan los antibióticos que producen.

  • INHIBICIÓN DE LA FUNCIÓN DE SÍNTESIS DE ADN: El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un componente vital del cromosoma de las células bacterianas, ya que se sabe que dirigen la actividad de las células. Los antibióticos que inhiben la síntesis de ADN en las células bacterianas actúan interfiriendo con las etapas de transcripción que son muy vitales para la formación final y completa del ADN bacteriano. Estos antibióticos bloquean la enzima ADN girasa (topoisomerasa II o IV) que es vital para la síntesis completa de ADN en bacterias. Los ejemplos de antibióticos que inhiben la función de síntesis de ADN bacteriano incluyen: sulfonamidas, trimetoprim, rifampicina, quinolonas y fluoroquinolonas.
  • DESTRUCCIÓN DE LA MEMBRANA DE CÉLULAS MICROBIANAS: La integridad de la membrana citoplasmática (celular) en la célula bacteriana es muy importante para el funcionamiento normal de todas las células. Las membranas de las células bacterianas no contienen esteroles. Esto los diferencia de las células de hongos y mamíferos que contienen esteroles, lo que les confiere a estos antibióticos una toxicidad altamente selectiva sobre las bacterias. Los antibióticos que destruyen la membrana citoplasmática de las células bacterianas provocan una fuga irreversible de componentes citoplasmáticos al alterar la integridad de la membrana. Esto también puede afectar otras funciones metabólicas asociadas con la membrana. Los ejemplos de antibióticos que destruyen la membrana celular microbiana incluyen: polimixinas (que se dirigen a la membrana celular bacteriana), y polienos (que se dirigen a las membranas de las células fúngicas).
  • INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNA: Los ribosomas bacterianos son más pequeños que sus homólogos de mamíferos. Los ribosomas de las células bacterianas son vitales para la síntesis de proteínas. Los antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas en las células bacterianas actúan uniéndose a un receptor en los ribosomas de las subunidades 30S o 50S. Esta acción evita la reacción completa de translocación, inhibiendo así la síntesis de proteínas en las células bacterianas. Los antibióticos que son inhibidores de la síntesis de proteínas incluyen: tetraciclinas, cloranfenicol, macrólidos y estreptomicina.
  • INHIBICIÓN DE LA VÍA METABÓLICA: La inhibición de una vía metabólica en microbios (por ejemplo, una vía responsable de sintetizar metabolitos clave como el ácido fólico) se lleva a cabo mediante un grupo de antibióticos conocidos como antimetabolitos. Estos antibióticos inhiben la producción de metabolitos clave en sus organismos objetivo. Los antibióticos que son antimetabolitos incluyen: sulfonamidas, trimetoprima y pirimetamina. Los antimetabolitos bloquean los pasos clave en la síntesis de folato. El folato es un cofactor importante en la biosíntesis de nucleótidos que son los componentes básicos del ADN y el ARN en los microorganismos. Las sulfonamidas son análogos estructurales del ácido para-aminobenzoico (PABA). PABA es un componente clave en la síntesis de ácido fólico en bacterias. Bloquean competitivamente la conversión de pteridina y PABA en ácido dihidrofólico porque el antimetabolito sulfonamidas tiene una mayor afinidad por la enzima (dihidropterato sintetasa) que realiza la conversión que la PABA. Las bacterias y los protozoos, a diferencia de la mayoría de las células de mamíferos o animales (que obtienen su propio ácido fólico de su dieta) sintetizan su propio ácido fólico. Las sulfonamidas inhiben competitivamente la incorporación de PABA en el ácido dihidropteroico (ácido fólico), y una vez hecho esto, el ácido fólico ya no estará disponible para la síntesis de purinas y pirimidinas que son necesarias para el acoplamiento de ADN y ARN de bacterias. Esto inhibe la síntesis de ácido nucleico en el organismo.

Ashutosh Kar (2008). Microbiología farmacéutica, 1ª edición. Editores internacionales de la Nueva Era: Nueva Delhi, India.

Bloque SS (2001). Desinfección, esterilización y conservación. 5ª edición. Lippincott Williams & amp Wilkins, Filadelfia y Londres.

Courvalin P, Leclercq R y Rice L.B (2010). Antibiograma. ESKA Publishing, ASM Press, Canadá.

Denyer S.P., Hodges N.A y Gorman S.P (2004). Microbiología farmacéutica de Hugo & amp Russell. 7ª ed. Blackwell Publishing Company, Estados Unidos. Pp.152-172.

Ejikeugwu Chika, Iroha Ifeanyichukwu, Adikwu Michael y Esimone Charles (2013). Susceptibilidad y detección de enzimas β-lactamasas de espectro extendido de patógenos otitis media. Revista estadounidense de enfermedades infecciosas. 9(1):24-29.

Finch R.G, Greenwood D, Norrby R y Whitley R (2002). Antibióticos y quimioterapia, 8ª edición. Churchill Livingstone, Londres y Edinburg.

Russell A.D y Chopra I (1996). Comprender la acción y la resistencia antibacterianas. 2ª edición. Editores Ellis Horwood, Nueva York, Estados Unidos.


Antibióticos que inhiben la síntesis de peptidoglicanos bacterianos: cómo funcionan

Resumen

Con relativamente pocas excepciones, los miembros del dominio Bacterias poseen una pared celular compuesta por un complejo molecular semirrígido y muy unido llamado peptidoglicano que permite a la bacteria resistir la lisis osmótica. Muchos antibióticos de uso común actúan inhibiendo la síntesis de peptidoglicanos, lo que da como resultado la lisis bacteriana. Estas animaciones ilustran los mecanismos por los cuales varios antibióticos diferentes inhiben la síntesis de peptidoglicano en una bacteria Gram-positiva.

Introducción


Para sintetizar nuevo peptidoglicano durante la replicación y el crecimiento bacteriano, unas enzimas llamadas autolisinas rompen los enlaces glucosídicos entre los monómeros de peptidoglicano en el punto de crecimiento a lo largo de la pared celular existente. Además, hay autolisinas que rompen los puentes cruzados de péptidos que unen las filas y capas de hebras de glucanos. Los nuevos monómeros de peptidoglicano se sintetizan en el citosol de la bacteria cuando se unen a una molécula portadora de membrana llamada bactoprenol. Los bactoprenoles transportan los monómeros de peptidoglicano a través de la membrana citoplasmática y trabajan con enzimas llamadas transglicosilasas para insertar los monómeros en la pared celular existente. A medida que se insertan los nuevos monómeros de peptidoglicano, las enzimas transpeptidasas (también conocidas como proteínas de unión a penicilina) reforman los enlaces cruzados de péptidos entre las filas y capas de peptidoglicano, lo que fortalece la pared celular (1).

Las penicilinas y cefalosporinas, así como otros antibióticos beta-lactámicos, imitan los grupos D-alanil-D-alanina (D-Ala-D-Ala) que se encuentran en el extremo del pentapéptido en la mayoría de los monómeros de peptidoglicano recién sintetizados. La unión del fármaco a la transpeptidasa ata la enzima y evita que reforme los enlaces cruzados de péptidos entre las filas y capas de peptidoglicano en la pared celular a medida que se agregan nuevos monómeros de peptidoglicano durante el crecimiento celular bacteriano. Además, estos antibióticos parecen interferir con los controles bacterianos que mantienen a raya a las autolisinas. En conjunto, esto da como resultado la degradación del peptidoglicano y la lisis osmótica de la bacteria (2).

Los glicopéptidos, como la vancomicina, y el lipoglicopéptido teicoplanina se unen directamente a la porción D-Ala-D-Ala de los pentapéptidos de los monómeros de peptidoglicano y bloquean la formación de enlaces cruzados de péptidos por las enzimas transpeptidasa. Como resultado del impedimento estérico (no mostrado en esta animación), la vancomicina también puede interferir con la formación de enlaces glicosídicos entre los azúcares de los monómeros de peptidoglicano y los de la pared celular existente (2). En conjunto, esto da como resultado una pared celular débil y la subsiguiente lisis osmótica de la bacteria.

El antibiótico bacitracina, por otro lado, se une a la proteína transportadora bactoprenol después de que inserta el monómero de peptidoglicano que transporta a través de la membrana citoplasmática hacia la pared celular en crecimiento. La unión del fármaco evita posteriormente la desfosforilación del bactoprenol. Las moléculas de bactoprenol que no han perdido el segundo grupo fosfato no pueden ensamblar nuevos monómeros y transportarlos a través de la membrana citoplasmática (2). Como resultado, no se insertan nuevos monómeros en la pared celular en crecimiento. A medida que las autolisinas continúan rompiendo los enlaces cruzados de péptidos y no se forman nuevos enlaces cruzados, la bacteria estalla debido a la lisis osmótica.

Método


Se utilizó Adobe Flash Professional CS5.5 para construir esta animación. Las ilustraciones se dibujaron con Adobe Illustrator CS5.1 y se importaron a Adobe Flash Professional CS5.5.

Discusión


Muchos antibióticos de uso común actúan inhibiendo la síntesis de peptidoglicanos, lo que da como resultado la lisis bacteriana. Estas animaciones ilustran los mecanismos por los cuales varios antibióticos diferentes inhiben la síntesis de peptidoglicano en una bacteria Gram-positiva.

Animación 1


Penicilina que inhibe la síntesis de peptidoglicano en una bacteria Gram-positiva al unirse a las enzimas transpeptidasas.

La diapositiva 1 muestra una representación etiquetada de una pared celular grampositiva.

Las diapositivas 2 y 3 ilustran cómo las transpeptidasas normalmente forman los enlaces cruzados de péptidos entre las cadenas de peptidoglicano. Un aminoácido se pierde del monómero recién insertado durante este proceso, cambiándolo de un pentapéptido a un tetrapéptido.

En los portaobjetos 4 y 5, se muestra que las moléculas de penicilina se unen a las transpeptidasas y bloquean la formación de enlaces cruzados de péptidos entre los monómeros recién insertados y la pared celular de peptidoglicano existente.

En las diapositivas 6 y 7, se muestra a la bacteria sometiéndose a lisis osmótica a medida que las autolisinas continúan degradando la pared celular.

Animación 2


Vancomicina inhibe la síntesis de peptidoglicano en una bacteria Gram-positiva al unirse directamente al pentapéptido de los monómeros de peptidoglicano.

La diapositiva 1 muestra una representación etiquetada de una pared celular grampositiva.

Las diapositivas 2 y 3 ilustran cómo las transpeptidasas normalmente forman los enlaces cruzados de péptidos entre las cadenas de peptidoglicano. Un aminoácido se pierde del monómero recién insertado durante este proceso, cambiándolo de un pentapéptido a un tetrapéptido.

En los portaobjetos 4 y 5, se muestra que la vancomicina se une directamente al pentapéptido de los monómeros de peptidoglicano recién transportados y bloquea la formación de enlaces cruzados de péptidos entre estos monómeros y el peptidoglicano existente por las transpeptidasas.

En las diapositivas 6 y 7, se muestra a la bacteria sometiéndose a lisis osmótica a medida que las autolisinas continúan degradando la pared celular.

Animación 3


Bacitracina inhibe la síntesis de peptidoglicano en una bacteria Gram-positiva al unirse al transportador de membrana bactoprenol.

La diapositiva 1 muestra una representación etiquetada de una pared celular grampositiva.

En las diapositivas 2 y 3, se muestra que los monómeros de peptidoglicano se sintetizan en el citosol a medida que el pentapéptido NAM se une a la proteína transportadora bactoprenol. Posteriormente, el bactoprenol transporta los monómeros a través de la membrana citoplasmática y los inserta en el "espacio" proporcionado por las autolisinas.

Las diapositivas 4 y 5 ilustran cómo el bactoprenol debe perder uno de sus dos grupos fosfato antes de que pueda ayudar nuevamente a ensamblar y transportar monómeros de peptidoglicano a través de la membrana citoplasmática.

En los portaobjetos 6 y 7, se muestra que la bacitracina se une al bactoprenol después de que inserta el monómero de peptidoglicano que transporta a la pared celular en crecimiento. Posteriormente, la bacitracina evita la desfosforilación del bactoprenol y bloquea el transporte del bactoprenol para que no transporte más monómeros de peptidoglicano a través de la membrana.

En los portaobjetos 8 y 9, se muestra a la bacteria sometiéndose a lisis osmótica a medida que las autolisinas continúan degradando la pared celular.

Referencias

1. Madigan MT, Martinko JM, Stahl DA, Clark DP. 2012. Brock Biology of Microorganisms, 13ª ed., P. 58-60 122-123. Pearson Education, Inc. Publishing, San Francisco, CA.

2. Van Bambeke F, Lambert DM, Mingeot-Leclercq M, Tulkens PM. 2004. Antibióticos que actúan sobre la pared celular, p. 1717-1720. En Cohen, J. y W. G. Powderly (ed.), Enfermedades infecciosas, 2ª ed. Mosby Publishing, Londres, Reino Unido.


¿Cómo inhiben los antibióticos la síntesis de la pared celular?

y antibióticos beta-lactamas son una amplia clase de antibióticos que incluye derivados de penicilina (penams), cefalosporinas (cefemas), monobactamas y carbapenémicos. y antibióticos beta-lactamas son bactericidas y actúan inhibiendo la síntesis de la capa de peptidoglicano de las paredes celulares bacterianas.

Además, ¿cómo inhiben los antibióticos la síntesis de proteínas? Ellos inhibir la síntesis de proteínas uniéndose a la subunidad 30S del ribosoma. Similar a los aminoglucósidos, tetraciclinas inhibir la unión de amino-acil tRNA al sitio A del ribosoma. El ribosómico 7S proteína es parte del sitio de unión. Esto hace que las tetraciclinas sean selectivas contra las bacterias.

En consecuencia, ¿cómo actúa el antibiótico penicilina para inhibir la síntesis de la pared celular?

Muchos antibióticos, incluyendo penicilina, trabaja atacando el pared celular de bacterias. Específicamente, los medicamentos evitan que las bacterias sintetizando una molécula en el pared celular llamado peptidoglicano, que proporciona la pared con la fuerza que necesita para sobrevivir en el cuerpo humano.

¿La amoxicilina inhibe la síntesis de la pared celular?

Mecanismo de acción Amoxicilina pertenece a la clase de antibióticos betalactámicos. Los betalactámicos actúan uniéndose a proteínas de unión a penicilina que inhibir un proceso llamado transpeptidación, que conduce a la activación de enzimas autolíticas en la bacteria pared celular.


Discusión

En este estudio, encontramos que CHX induce la formación de puntos abollados en la superficie de la pared celular de ambos E. coli y B. subtilis. Argumentamos que la formación de los puntos abollados se debió a la acción de CHX. Primero, se encontraron muy pocas manchas abolladas en ausencia de CHX, y segundo, el número de manchas aumentó con el tiempo de tratamiento y la concentración de CHX. Sorprendentemente, la distribución de los puntos abollados a lo largo del cuerpo celular no fue la misma entre las dos especies. En B. subtilis, los puntos abollados se ubicaron preferentemente en la región de la punta o la tapa del cuerpo celular, mientras que en E. coli las manchas se encontraron principalmente en el tronco. Esto sugiere que los sitios de acción de CHX en B. subtilis y E. coli Puede ser diferente. Los cambios morfológicos observados al microscopio electrónico de transmisión en los dos tipos de células corroboran con los del microscopio electrónico de barrido. La frecuencia de encontrar colapsos o puntos abollados en la pared celular alrededor de la región del casquete de B. subtilis fue más alto que en la región del tronco.

Según el número de células medido por la densidad óptica de su cultivo, el contenido total de proteínas en las dos especies de bacterias no fue el mismo durante el tratamiento con CHX, y B. subtilis parece ser más susceptible a CHX ya que se perdieron más proteínas de las células (fig. 9). Con la incubación prolongada con CHX, se vació todo el contenido citoplásmico para formar células fantasma, tal como se visualiza en las microfotografías electrónicas de transmisión, lo que sugiere que el CHX causa daños graves a la pared celular, incluida la membrana citoplasmática y las capas de peptidoglicano en ambas especies.

El análisis de rayos X de dispersión de energía (EDAX) en las células bacterianas tratadas con CHX demostró que las cantidades de fosfolípidos, ácidos nucleicos y reserva de nucleótidos (como el porcentaje de átomo de fósforo, P) retenidas en B. subtilis era menor que el de E. coli. Esto indica que la membrana celular de B. subtilis es más sensible a CHX que a la de E. coli. Sin embargo, la pendiente más pronunciada de la curva de la cantidad relativa de P y Cl en B. subtilis que se muestra en la figura 8 solo sugiere que hay menos átomo de cloro (CHX) adsorbido en la superficie celular de B. subtilis que E. coli. Es posible que los restos de heptosa fosforilada y glucosamina cargados negativamente de la pared celular que contiene lipopolisacárido (LPS) de E. coli puede bloquear las moléculas CHX más fuertemente catiónicas para que su función sea menos efectiva y esta idea es consistente con el paradigma de que la membrana externa de las bacterias gramnegativas actúa como una barrera de permeabilidad para muchos agentes antibacterianos catiónicos [21] & # x02013 [ 23].

La identificación de 5 proteínas reguladas positivamente relacionadas con la conversión de nucleótidos y nucleósidos de purina y otras 2 proteínas involucradas en la cadena de transporte de electrones en la pared celular de E. coli No se esperaban, pero una ruptura en la integridad celular y el contenido de CHX en las células bacterianas supervivientes puede iniciar un mecanismo de rescate de reequilibrio o mantenimiento de la reserva celular de nucleótidos y gradiente de protones al mejorar la expresión de estas proteínas en la célula. pared. Los niveles de fumarato hidratasa, subunidad de flavoproteína de succinato deshidrogenasa y lactato deshidrogenasa disminuyeron, lo que puede deberse a una pérdida preferencial de las células durante el tratamiento o supresión de la expresión por una razón desconocida. Por el contrario, hubo una pérdida general de proteínas totales de Bacilo durante el tratamiento con CHX, lo que sugiere que CHX puede romper la pared celular.

Sin embargo, en la pared celular de Bacillus subtilis Las proteínas relacionadas con el estrés y las proteínas implicadas en el metabolismo de los aminoácidos se regularon positivamente y pueden usarse para responder a las tensiones inducidas por CHX. Sin embargo, pudimos identificar solo alrededor de 20 proteínas de las 40 manchas de proteína cambiadas diferencialmente por el tratamiento con CHX. Para un análisis más completo de estas proteínas, es posible que se requiera una mayor escala de purificación u otros métodos proteómicos como el marcaje de isótopos estables mediante aminoácidos en cultivo celular, SILAC, que no se basan en la separación en gel 2D y la purificación de proteínas.

La alteración de la pared celular y la membrana celular en una región particular a lo largo del cuerpo de las bacterias por CHX puede ser un mecanismo novedoso. CHX, una biguanida, existe en solución como una molécula cargada positivamente, que puede unirse a moléculas aniónicas en la pared celular. Se propone que la CHX mata las bacterias mediante la alteración de la permeabilidad de la membrana en lugar de la inhibición de las ATPasas en la membrana celular [24]. Se ha demostrado que la CHX desestabiliza las membranas externas de las bacterias Gram-negativas para liberar proteínas del periplasma pero no de la membrana interna [25] y disminuyó el orden de empaquetamiento de lípidos de las células epiteliales bucales humanas mediante un estudio de anisotropía de fluorescencia [26].

Se espera que los daños en la pared celular se distribuyan uniformemente si la CHX actúa sobre la capa de LPS de la membrana externa en las bacterias Gram negativas o el ácido teicoico en la capa de peptidoglicano en las bacterias Gram positivas [27,28]. Sin embargo, se ha demostrado que las regiones polares de Bacilo y Lactobacillus La pared celular tiene una composición de ácido teicoico de pared (WTA) diferente a la del tronco [29]. Sonnenfeld y col. mostró que la ferritina cationizada (CF) se une específicamente a los grupos cargados negativamente en los polos celulares de B. subtilis, lo que sugiere que la superficie de la pared de la celda de la tapa es más electro-negativa que la del tronco [30]. Matsumoto y col. utilizó tintes fluorescentes específicos de cardiolipina y fosfatidiletanolamina (PE) para visualizar la localización de los dos tipos de lípidos en las membranas de B. subtilis y E. coli [31], [32]. Tanto la cardiolipina como la PE se acumulan más específicamente en las regiones polares y septales en B. subtilis, mientras que el PE se distribuye más uniformemente en E. coli [32]. It has also been shown that cardiolipin aggregates into domains in the cell membrane of E. coli, suggesting that the lipids in the cell membrane of bacteria may link in a raft-like structure as in mammalian cells. With the above observations and reports, we hypothesize that the structural changes of the bacterial cell wall may be due to the action of CHX on the cardiolipin-rich or PE-rich domains. PE molecules with a compact head-group can form a rigid network in the cell membrane, which makes it easier to form microdomain [33]. The localization of cardiolipin to the poles may be due to its interaction with peripheral membrane proteins to form patches on the membrane [34].

It is likely that CHX, containing both hydrophilic amine group and hydrophobic structure, can interact with the membrane cardiolipin and PE to disturb the normal arrangement and integrity of the phospholipid bilayer structure and its associated proteins. The disruption of proper lipid arrangement may lead to a collapse of the cell membrane and the formation of dented spots on the cell surface. And probably due to the uneven distribution of PE, cardiolipin, and other types of lipids in the cell membranes of B. subtilis, the poles of B. subtilis may be more susceptible to the damage caused by CHX.

It would be interesting to examine further whether other types of antimicrobials also cause the formation of dented spots specifically in B. subtilis and other Gram-positive bacteria. This can allow us to formulate a better hypothesis on how this type of antimicrobial kills bacteria.


Información de soporte

Figura S1.

Pressure profile along the glycan axis for simulation of avg17 patch with . The grey line is the original profile computed in 1-Å slabs, with the black curve representing a 5-Å running average. The red line is the stress-bearing thickness of the peptidoglycan at 10% of the peak stress.

Figura S2.

Pressure profiles along the axis (normal to the peptidoglycan layer) for avg17 with 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, 0.125, 0.15, and 0.175.

Figura S3.

Stress as a function of strain for all simulated systems. In each plot, the black circles are data from simulations in which and was varied, while the red squares are from simulations in which and was varied. The corresponding lines are linear fits to the data.

Figura S4.

Patch of cell wall with maximum-radius spheres inscribed. Unlike in other figures, here the glycan strands are in grey and the peptides in tan. Sphere color is assigned based on size, with blue representing those with radius less than 1 nm, green less than 1.25 nm, yellow less than 1.5 nm, orange less than 1.75 nm, and red greater than 1.75 nm.

Figura S5.

Strain-dependent insertion. In both panels, the avg17 patch is under strain . Glycan strands are in blue and peptide cross-links in green. The strand selected for deletion and later replacement is shown in red and orange. (A) Original patch. (B) Patch after strand deletion, equilibration, and subsequent strand replacement.

Figura S6.

Peptidoglycan patches simulated with effectively infinite strand lengths, colored as in Fig. 3 in the main text. The black scale bars below are all equivalent at 10 nm in length. Final relaxed states for (A) inf15 and (B) inf30 are shown.

Figura S7.

Quantifying glycan-strand angle as a measure of disorder. Shown are the NAG and NAM saccharide rings against a transparent outline of the full cell wall viewed from the outside. Individual angles made with the dashed line were measured for all vectors connecting the centers of rings spaced at least four saccharides apart, although only a subset of vectors are shown here. These vectors were then averaged over all separations within a given strand, over all strands within the simulated cell-wall patch, and over all frames in the simulation trajectory. The black, red, green, and purple vectors give positive angles, while the blue vector gives a negative angle. The dashed line represents the cell's circumferential axis with which the glycan strands were initially aligned during construction.


Ver el vídeo: Microbiología 1. Pared Bacteriana (Agosto 2022).